Đột phá mới đưa Nga sánh vai với Mỹ trong cuộc đua máy tính lượng tử

Công nghệ do các nhà nghiên cứu tại Công viên Lượng tử thuộc Đại học Kỹ thuật Nhà nước Bauman Moscow và Viện Nghiên cứu Tự động hóa Dukhov (VNIIA) phát triển.

Thử nghiệm cho thấy các bộ cộng hưởng đạt hệ số chất lượng khoảng 10 triệu trong chế độ đơn photon. 

Ý nghĩa của công nghệ không chỉ nằm ở việc tạo thêm một loại chip siêu dẫn, mà còn ở khả năng xây dựng quy trình sản xuất trong nước đối với mạch tích hợp siêu dẫn sử dụng tantalum.

Đây được xem là công nghệ quan trọng đối với bộ xử lý lượng tử siêu dẫn nhờ khả năng kéo dài thời gian tồn tại của các trạng thái lượng tử dễ bị phá vỡ, đồng thời giảm tổn thất năng lượng.

Công nghệ mới đã được thử nghiệm trên các bộ cộng hưởng vi sóng đông lạnh, cấu trúc đóng vai trò quan trọng trong quá trình kiểm tra các hệ thống điện tử lượng tử siêu dẫn.

Theo Đại học Bauman, công nghệ này đã vượt qua giai đoạn thử nghiệm trong phòng thí nghiệm và đang được tích hợp vào quy trình sản xuất hàng loạt.

Trường đã ký hợp đồng cung cấp những bộ đồng xử lý lượng tử đầu tiên dựa trên nền tảng tantalum, dự kiến giao vào mùa thu năm 2026.

Nghiên cứu được thực hiện trong khuôn khổ dự án công nghệ chiến lược Bauman DeepTech về điện toán lai ở quy mô exaflop, thuộc chương trình Priority-2030 của Nga.

Các kết quả khoa học được công bố trên tạp chí Applied Physics Reviews năm 2026.

Trong công nghệ vi mạch lượng tử siêu dẫn, tantali là vật liệu thay thế tiềm năng cho nhôm nhờ khả năng kéo dài tuổi thọ của các trạng thái lượng tử mong manh và giảm thiểu tiêu hao năng lượng.

Tuy nhiên, màng mỏng tantali thường hình thành nhiều pha tinh thể khác nhau, trong đó pha alpha giữ vai trò then chốt cho ứng dụng siêu dẫn.

Qua hơn 1.000 thí nghiệm, các nhà khoa học Nga xác định được cơ chế màng tantali pha alpha trên đế silicon chỉ bắt đầu phát triển sau khi xuất hiện một lớp lót pha beta dày khoảng 7-10 nanomet.

Màng vật liệu tạo ra có nhiệt độ tới hạn chuyển sang trạng thái siêu dẫn dao động từ 3,77 đến 4,39 Kelvin tùy theo độ dày.

Nghiên cứu này giúp Nga bước vào nhóm các quốc gia có năng lực nghiên cứu tantali hàng đầu thế giới. Năm 2025, Đại học Princeton (Mỹ) công bố 45 qubit transmon tantali trên silicon đạt hệ số phẩm chất trung bình 9,7 triệu, cá biệt đạt đỉnh 25 triệu và thời gian sống T1 lên tới 1,68 mili giây.

Trước đó, Viện nghiên cứu imec (Bỉ) cũng chế tạo thành công bộ cộng hưởng tantali trên tấm bán dẫn silicon 300 mm với hệ số phẩm chất vượt 40 triệu.

Dù vậy, chế tạo thành công bộ cộng hưởng trong phòng thí nghiệm mới chỉ là bước khởi đầu. Để hoàn thiện một máy tính lượng tử thực thụ, hệ thống cần tích hợp đồng bộ nhiều thành phần phức tạp như cổng tiếp giáp Josephson, mạch điều khiển, hệ thống đọc dữ liệu và hạ tầng làm lạnh sâu.

Nga đặt mục tiêu ứng dụng vi mạch tantali vào kiến trúc điện toán lai, kết hợp giữa siêu máy tính truyền thống và các bộ đồng xử lý lượng tử để phục vụ trí tuệ nhân tạo (AI), phân tích bộ gene, phát hiện vật liệu mới và mô phỏng khí hậu.

Theo Đại học Kỹ thuật Quốc gia Bauman Moscow, công nghệ này đang được chuyển giao sang giai đoạn sản xuất hàng loạt. Hợp đồng cung cấp các bộ đồng xử lý lượng tử đầu tiên trên nền tảng tantali dự kiến sẽ được bàn giao vào mùa thu năm 2026.

(Theo frontierindia)