Масштаб революции в ИИ зависит от вычислительных мощностей, особенно от суперкомпьютеров нового поколения, необходимых для обучения нейросетей, климатического моделирования и расшифровки геномов. К 2030 году потребуются экзафлопсные системы.
Перспективное направление – гибридные архитектуры, объединяющие классические и квантовые суперкомпьютеры, фотонные и нейронные сопроцессоры. IBM, Google и другие используют сверхпроводниковую квантовую платформу. Развитие ограничено материалами: с ростом числа кубитов возникают дефекты и окисление, усиливающие декогеренцию и потерю информации.
Тантал, в отличие от алюминия, устойчив к кислотам и агрессивным средам, что позволяет эффективно очищать чипы от загрязнений и оксидов, улучшая качество кубитов. Его естественный оксид содержит меньше дефектов, обеспечивая более длительное сохранение квантовой информации. Лучшие кубиты в мире, с временем когерентности до 1,68 миллисекунды (Принстонский университет, Nature, 2025), созданы на основе тантала, что делает его перспективным для отказоустойчивых квантовых вычислителей.
В «Квантум-парке» была разработана технология производства квантовых чипов с использованием высокочистого альфа-тантала. Основная проблема заключалась в том, что этот металл отличается высокой чувствительностью: его пленки формируются в двух фазах – бета и альфа, и долгое время оставалось неясным, как обеспечить образование нужной альфа-фазы на кремниевых подложках.
Российские специалисты смогли раскрыть механизм самопроизвольного перехода альфа-тантала из метастабильной бета-фазы в фазу, необходимую для сверхпроводниковых устройств, непосредственно в процессе формирования пленки.
«При разработке технологии проведено более 1000 экспериментов. Это позволило выдвинуть гипотезу механизма фазовой селекции для формирования альфа- и бета-тантала, – сообщил Евгений Зикий, старший научный сотрудник «Квантум-парка». – Используя методы просвечивающей микроскопии с атомарным разрешением, проанализированы десятки серийно изготовленных пластин, выявлены субнанометровые структуры альфа-тантала на кремнии, невидимые обычными приборами. Исследована природа этих структур и зарождение пленок при толщине в несколько десятков атомарных слоев».
Добротность резонаторов – главный «тест-драйв» технологии сверхпроводниковых интегральных схем для квантовых приложений. Этот показатель демонстрирует, сколько времени система способна поддерживать квантовое состояние: чем выше добротность, тем дольше существует кубит и тем эффективнее функционируют квантовые алгоритмы. В «Квантум-парке» были разработаны танталовые резонаторы с добротностью до 10 миллионов в однофотонном режиме. Это означает, что один микроволновый фотон проходит через резонатор десятки миллионов раз (примерно 10 километров), прежде чем теряет свою энергию. Все это происходит за доли секунды.
Результат оказался одним из лучших в мире: такие показатели сегодня имеют только ученые из Принстонского университета и бельгийского центра нанотехнологий IMEC.
«Мы улучшили добротность сверхпроводниковых интегральных схем на криогенных микроволновых резонаторах. Начато серийное производство квантовых сопроцессоров на танталовой платформе. Первые поставки запланированы на осень 2026 года», – сказал Илья Родионов из «Квантум-парка».
Источник: atomic-energy.ru
распечатать статью
