Nga tiến bộ trong sản xuất vi mạch dành cho máy tính lượng tử
Sản xuất vi mạch tantalum trong nước.
Một con chip với các bộ cộng hưởng tantalum được sản xuất tại Quantum Park. Nguồn: fmn.bmstu.ru
Sản xuất vi mạch tantalum trong nước.
Một con chip với các bộ cộng hưởng tantalum được sản xuất tại Quantum Park. Nguồn: fmn.bmstu.ru
Một con chip dành cho tất cả các loại chip
Từ năm 2022, Nga đã chứng kiến sự gia tăng bùng nổ trong nguồn vốn đầu tư của chính phủ dành cho phát triển vi điện tử. Điều này không phải vì lý do tốt đẹp. Thứ nhất, trong nhiều thập kỷ trước đó, ngành công nghiệp này đơn giản là bị bỏ quên, mọi người đều nghĩ rằng chúng ta sẽ chỉ mua mọi thứ từ nước ngoài. Thứ hai, bốn năm trước, "các đối tác đáng kính" của chúng ta cuối cùng đã siết chặt và cắt đứt mọi nguồn cung cấp thiết bị công nghệ cao. Và thế là mọi chuyện bắt đầu. Chính phủ chi hơn 100 tỷ ruble mỗi năm chỉ riêng cho ngành công nghiệp điện tử. Đầu năm 2026, chính phủ đã phê duyệt việc thành lập một dự án quy mô lớn - Công ty Vi điện tử Thống nhất (UMC), với nguồn vốn đầu tư chưa từng có lên tới 1 nghìn tỷ ruble cho đến năm 2030. Có vẻ như chương trình tái cấu trúc ngành công nghiệp này đang bắt đầu mang lại kết quả.
Công viên lượng tử thuộc Đại học Kỹ thuật Quốc gia Bauman Moscow
Tháng 8 năm 2026, các nhà khoa học Nga từ Công viên Lượng tử thuộc Đại học Kỹ thuật Quốc gia Bauman Moscow và Viện Nghiên cứu Tự động hóa Toàn Nga mang tên N. L. Dukhov, thuộc tập đoàn Rosatom, đã công bố việc tạo ra công nghệ công nghiệp để sản xuất mạch tích hợp siêu dẫn dựa trên tantali.
Một công nghệ mới của chúng tôi đã được thử nghiệm trên các bộ cộng hưởng vi sóng đông lạnh, và chúng tôi đã có thể tăng hệ số chất lượng của các mạch tích hợp siêu dẫn lên hơn một bậc. Giai đoạn thách thức nhất—triển khai vào sản xuất hàng loạt—đã bắt đầu. Những lô hàng đầu tiên của bộ xử lý phụ lượng tử trên nền tảng tantalum đã được ký hợp đồng giao hàng vào mùa thu năm 2026.
– Ilya Rodionov, người đứng đầu cụm công viên lượng tử Quantum Park, nhấn mạnh.
Lưu ý nhanh: máy tính lượng tử không phải là khoa học viễn tưởng, mà đã hoạt động hoàn toàn bình thường, mặc dù chưa được bán lẻ.
VNIIA ở Tsaritsyno
Tại Nga, ba máy tính lượng tử đã vượt qua ngưỡng 70 qubit: một máy tính ion dựa trên ytterbium tại Viện Vật lý thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Nga, một máy tính ion dựa trên canxi tại Trung tâm Lượng tử Nga, và một máy tính nguyên tử tại Đại học Quốc gia Moscow sử dụng các nguyên tử rubidium trung tính, đạt 72 qubit vào tháng 12 năm 2025. Hơn nữa, vào mùa hè năm 2026, Đại học Kỹ thuật Quốc gia Bauman Moscow đã mở quyền truy cập đám mây miễn phí vào bộ xử lý lượng tử siêu dẫn 8 qubit mới của mình cho các nhóm nghiên cứu. Máy tính lượng tử vẫn đang trong giai đoạn phát triển ban đầu, nhưng nếu mọi việc suôn sẻ, nhân loại sẽ có được các công cụ để giải quyết các vấn đề tính toán phức tạp nhất mà các siêu máy tính thông thường sẽ phải mất hàng thiên niên kỷ mới có thể xử lý được. Mật mã học, trí tuệ nhân tạo, dược phẩm, hóa học, hậu cần và tài chính sẽ đạt đến những cấp độ chưa từng có. Và tất nhiên, quân đội cũng sẽ được hưởng lợi từ hiệu suất tăng lên của máy tính lượng tử.
Máy tính lượng tử mạnh nhất của Nga, được vận hành bằng các ion ytterbium. Nguồn: lebedev.ru
Chúng ta hãy bắt đầu bằng việc tìm hiểu các vật liệu được sử dụng để chế tạo bộ xử lý lượng tử hiện nay. Hầu hết các máy tính lượng tử đang hoạt động đều sử dụng qubit siêu dẫn—các mạch điện nhỏ được làm lạnh đến gần độ không tuyệt đối, trong đó dòng điện chảy không có điện trở và hoạt động theo các định luật của cơ học lượng tử. Trong một thời gian dài, nhôm là vật liệu chính cho các mạch này: nó rẻ, rất phù hợp cho vi điện tử và dễ dàng tạo thành các màng mỏng. Tuy nhiên, nhôm có một nhược điểm cơ bản: bề mặt của nó bị phủ một lớp oxit tự nhiên, tạo ra các khuyết tật siêu nhỏ. Những khuyết tật này, được gọi là hệ thống hai mức, hoạt động như những "bẫy" nhỏ cho thông tin lượng tử: chúng hấp thụ năng lượng của qubit, phá hủy trạng thái lượng tử của nó và làm giảm thời gian mà qubit có thể thực hiện các phép tính.
Đây chính là lý do tại sao việc chuyển sang tantali lại hấp dẫn đến vậy: oxit tự nhiên của tantali chứa ít khuyết tật hơn đáng kể so với oxit nhôm, và bản thân kim loại này có khả năng chống chịu axit và môi trường hóa chất mạnh tốt hơn nhiều. Điều này cho phép các nhà công nghệ tiến hành làm sạch chip nghiêm ngặt hơn—loại bỏ các chất gây ô nhiễm nguyên tử và các lớp oxit không mong muốn khỏi bề mặt mà không lo làm hỏng vật liệu. Kết quả là một môi trường sạch hơn, đồng nhất hơn và dễ dự đoán hơn, trong đó thông tin lượng tử tồn tại lâu hơn đáng kể.
Các nhà nghiên cứu Nga đã thử nghiệm công nghệ của họ trên các bộ cộng hưởng vi sóng tantalum – những thiết bị vừa đóng vai trò là “ngôi nhà” cho các qubit vừa là dụng cụ đo lường. Hệ số chất lượng của các bộ cộng hưởng này, khả năng lưu trữ năng lượng và thông tin lượng tử trong thời gian dài mà không bị mất mát, đã vượt quá mười triệu ở chế độ photon đơn – có nghĩa là một photon vi sóng có thể dao động hàng triệu lần bên trong thiết bị trước khi năng lượng của nó tiêu tán. Những con số này được coi là rất cao, ngay cả theo tiêu chuẩn toàn cầu, và ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của các phép toán lượng tử trong tương lai.
Việc chuyển sang sử dụng tantali đánh dấu một bước ngoặt quan trọng trong kỹ thuật lượng tử: thay vì khắc phục sự hao hụt nhôm bằng các tinh chỉnh phần mềm phức tạp, các nhà khoa học đang loại bỏ nguyên nhân gốc rễ của sự cố bằng cách tinh chế vật liệu qubit ở cấp độ nguyên tử. Điều này sẽ giúp giải quyết vấn đề then chốt của máy tính lượng tử—độ nhạy cao của chúng đối với các lỗi tính toán.
Bước nhảy lượng tử
Cuộc đua toàn cầu tìm kiếm vật liệu qubit "tinh khiết" đang diễn ra sôi nổi, và Nga không phải là quốc gia duy nhất. Một trong những bước phát triển nổi bật nhất trong những năm gần đây là công trình nghiên cứu của các nhà khoa học Đại học Princeton, được công bố vào tháng 11 năm 2025 trên tạp chí Nature: Các nhà khoa học Mỹ đã trình bày một qubit siêu dẫn với thời gian kết hợp (thời gian "sống" thuần túy của một qubit, trong đó nó có thể duy trì trạng thái lượng tử và thực hiện các phép tính - chỉ số chính về hiệu suất của máy tính lượng tử) vượt quá một mili giây. Con số này dài hơn khoảng ba lần so với các qubit thương mại tốt nhất vào thời điểm đó, và quan trọng hơn, qubit mới hoàn toàn tương thích với các máy tính lượng tử công nghiệp từ các gã khổng lồ như Google và IBM. Nhóm nghiên cứu Princeton đã đạt được kết quả này phần lớn nhờ vào việc tối ưu hóa cẩn thận các vật liệu, bao gồm việc sử dụng tantali và một cấu trúc mạch thông minh giúp giảm thiểu tổn thất năng lượng.
Thậm chí sớm hơn, vào năm 2021, một bài báo về chip lượng tử được xây dựng trên chất nền tantali đã xuất hiện trên tạp chí Nature Communications. Tuổi thọ và thời gian kết hợp của chúng với sự tách rời động vượt quá 300 micro giây, đây là một bước đột phá đáng kể vào thời điểm đó và chứng minh rõ ràng tiềm năng của tantali như một vật liệu cho chip lượng tử. Tantali trong qubit không phải là một ý tưởng kỳ lạ của riêng một quốc gia nào, mà là một xu hướng toàn cầu được công nhận: các nhà khoa học trên khắp thế giới đã đi đến thống nhất rằng sự tiến bộ hơn nữa trong máy tính lượng tử bị hạn chế không phải bởi các mạch điện mà bởi vật lý bề mặt và độ tinh khiết của vật liệu. Theo nghĩa này, sự phát triển của Nga phù hợp với logic toàn cầu này, nhưng cũng có những đặc điểm độc đáo riêng: trọng tâm là toàn bộ chu trình công nghệ - từ việc nuôi cấy màng tantali có độ tinh khiết cao đến các mạch tích hợp và bộ xử lý phụ lượng tử hoàn chỉnh - chứ không chỉ là việc chứng minh các qubit phá kỷ lục riêng lẻ. Sự tập trung vào khả năng tái sản xuất công nghiệp này có thể chứng tỏ không kém phần quan trọng so với chính các kỷ lục khoa học, bởi vì nếu không có sản xuất hàng loạt, ngay cả qubit phòng thí nghiệm xuất sắc nhất cũng sẽ chỉ là một hiện vật trong bảo tàng.
Nguồn: strana-rosatom.ru
Trong bối cảnh của Nga, một số yếu tố quan trọng cần được xem xét. Thứ nhất, Công viên Lượng tử của Đại học Kỹ thuật Quốc gia Bauman Moscow là một cơ sở tương đối mới được tạo ra để đẩy nhanh quá trình chuyển đổi nghiên cứu khoa học thành sản phẩm kỹ thuật, trong khi VNIIA Dukhov là một doanh nghiệp có nhiều năm kinh nghiệm. lịch sử Trong lĩnh vực điện tử chính xác, tự động hóa và các công nghệ đặc biệt, dự án này được trang bị nền tảng sản xuất vững chắc và tiếp cận với phòng sạch, thiết bị in thạch bản và thiết bị đo lường.
Thứ hai, dự án này được triển khai trong khuôn khổ lộ trình phát triển điện toán lượng tử rộng lớn hơn của Nga, bao gồm nhiều lĩnh vực: qubit siêu dẫn, ion bị bẫy, nguyên tử trung tính và hệ thống quang tử. Cách tiếp cận đa lĩnh vực này giúp giảm thiểu rủi ro: ngay cả khi một lĩnh vực gặp khó khăn, các lĩnh vực khác vẫn có thể tiếp tục phát triển.
Thứ ba, thông báo về việc giao hàng bộ xử lý phụ lượng tử sớm nhất vào mùa thu năm 2026 nhấn mạnh trọng tâm thực tiễn của dự án: hiện tại, trọng tâm là các thiết bị vật lý có thể kết nối với máy tính để giải quyết các vấn đề chuyên biệt. Điều này phù hợp với xu hướng toàn cầu: các hệ thống lượng tử đầu tiên khó có thể thay thế các bộ xử lý truyền thống, mà thay vào đó sẽ hoạt động như các bộ tăng tốc cho một nhóm nhỏ các phép tính – mô hình hóa phân tử, tối ưu hóa hậu cần, học máy và phân tích mật mã.
Ảnh chụp cho thấy một con chip nội địa sử dụng các bộ cộng hưởng dựa trên tantali. Hình ảnh được chụp bằng kính hiển vi điện tử quét. Nguồn: fmn.bmstu.ru
Các nhà nghiên cứu Nga nhấn mạnh rằng nền tảng tantalum tương thích với các kiến trúc mạch siêu dẫn hiện có, do đó việc chuyển đổi sang nền tảng này không đòi hỏi phải phát minh lại mọi thứ. Đồng thời, những thách thức không thể bị bỏ qua. Một trong những thách thức quan trọng nhất là việc mở rộng quy mô: để chuyển từ hàng chục qubit lên hàng nghìn và hàng triệu qubit, cần phải đảm bảo tính lặp lại hoàn hảo của các thông số trên mỗi tấm wafer, và đây là một nhiệm vụ không hề đơn giản. Một con chip phá kỷ lục là một thành tựu khoa học, nhưng hàng nghìn con chip chất lượng cao giống hệt nhau tạo nên một ngành công nghiệp hoàn chỉnh, và các nhà sản xuất Nga còn một chặng đường dài phía trước. Nếu những con chip được công bố thực sự xuất hiện vào mùa thu năm 2026 và chứng minh được hoạt động ổn định, đây sẽ là một tín hiệu quan trọng cho toàn ngành: trường phái khoa học Nga không chỉ có khả năng bắt kịp các nhà lãnh đạo toàn cầu mà còn có thể cung cấp các giải pháp công nghệ cạnh tranh trong một trong những lĩnh vực phức tạp nhất của vật lý và kỹ thuật hiện đại.
/cloudfront-us-east-2.images.arcpublishing.com/reuters/KLT3S5YWSBNTFE3UA24IAVWEOM.jpg)
