Специалисты Квантум Парка при МГТУ им. Н.Э. Баумана и ФГУП «ВНИИА» представили первую в России технологию производства сверхпроводниковых интегральных схем, использующих тантал. Созданные чипы по своим параметрам не проигрывают передовым мировым образцам, разработанным специалистами Принстонского университета и бельгийского нанотехнологического центра imec. В процессе исследования российские ученые также первыми выявили ключевые аспекты, связанные с процессом формирования тонких пленок тантала, и предложили объяснение для появления альфа- и бета-тантала. Описание разработки было опубликовано в журнале Applied Physics Reviews ( APR 2026).

В настоящее время тантал считается одним из наиболее перспективных материалов для создания сверхпроводниковых квантовых процессоров, предназначенных для построения гибридных систем, объединяющих квантовые и классические вычислительные устройства. В отличие от алюминия, который долгое время использовался в этой области, тантал обладает устойчивостью к воздействию кислот, а его оксид характеризуется меньшим количеством дефектов, что способствует более длительному сохранению квантовой информации.

Российским ученым удалось создать собственную современную технологию производства танталовых схем. По словам разработчика технологии и старшего научного сотрудника Квантум Парка Евгения Зикиева, разработанный метод имеет много общего с технологией, ранее созданной в Принстонском университете, при этом полученные характеристики сопоставимы: добротность отечественных танталовых резонаторов достигает 10 миллионов – это соответствует уровню лучших мировых разработок. Добротность характеризует количество колебаний, которые может совершать поле в резонаторе и является показателем того, как долго кубит способен сохранять запутанное состояние.

«Нам удалось продемонстрировать высокую добротность на резонаторах и практически в десять раз повысить производительность базового слоя кубита. Тем не менее, это лишь один из этапов, необходимых для создания стабильных кубитов, поскольку сверхпроводниковый кубит включает в себя множество компонентов, влияющих на его эффективность», — подчеркнул Евгений Зикиев.

Существенным достижением научной работы стало углубленное понимание принципов, лежащих в основе формирования альфа- и бета-фаз тантала. Это открывает возможности для разработки новых методов получения необходимой фазы. Альфа-тантал, востребованный при производстве квантовых чипов, характеризуется объемно-центрированной кубической кристаллической структурой и обладает свойствами сверхпроводника с критической температурой приблизительно 4,5 Кельвина. Бета-тантал, в свою очередь, является метастабильной фазой тантала с тетрагональной решеткой, также проявляющей сверхпроводимость, однако из-за более низкой критической температуры (менее 1 Кельвина) предпочтение отдается альфа-фазе.

Получение бета-тантала в больших объемах представляет собой сложную задачу; при отсутствии дополнительных воздействий он формируется преимущественно в виде тонких пленок на подложках из кремния и сапфира. Тем не менее, для производства квантовых чипов требуется альфа-тантал, получение которого включает в себя несколько подготовительных этапов.

«В ходе проведения более тысячи экспериментов мы выявили закономерности, позволившие сформулировать гипотезу, объясняющую образование альфа- и бета-тантала. Этот процесс напрямую связан с фундаментальными физическими свойствами кремниевых и сапфировых подложек: при осаждении тантал подвергается быстрому охлаждению до температуры данных подложек. Именно избыточная скорость охлаждения приводит к формированию метастабильной фазы. Технология получения альфа-фазы тантала была известна и ранее, однако механизм ее формирования оставался неясным до нашего исследования. Данное открытие может привести к разработке более простых и эффективных способов управления фазой», — пояснил Евгений Зикий.

В настоящее время Квантум парк МГТУ им. Н.Э. Баумана приступает к расширению производства и интеграции технологии в серийное изготовление. Согласно заключенному соглашению, ожидается начало поставок квантовых сопроцессоров на танталовой платформе уже осенью 2026 года.

Материал подготовлен при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации