Công nghệ vi mạch lượng tử mới đây đã đánh dấu một bước ngoặt lớn do nhóm các nhà nghiên cứu thuộc Công viên Lượng tử tại Đại học Kỹ thuật Nhà nước Bauman Moscow phối hợp cùng Viện Nghiên cứu Tự động hóa Dukhov (VNIIA) chế tạo thành công. Bước tiến này mở ra hướng đi mới cho ngành công nghệ viễn thông và phần cứng máy tính.
Đột phá trong chế tạo bộ cộng hưởng lượng tử siêu dẫn
Qua quá trình thực nghiệm, hệ thống các bộ cộng hưởng đã đạt được hệ số chất lượng ước tính khoảng 10 triệu trong điều kiện chế độ đơn photon. Ý nghĩa cốt lõi của công nghệ này không chỉ dừng lại ở việc bổ sung một dòng chip siêu dẫn mới, mà còn nằm ở năng lực tự chủ hoàn toàn quy trình chế tạo nội địa đối với các mạch tích hợp siêu dẫn vật liệu bằng tantalum.
Đây được đánh giá là thành phần mang tính sống còn đối với các bộ xử lý lượng tử siêu dẫn hiện đại. Ưu điểm nổi bật của vật liệu này là khả năng duy trì tuổi thọ lâu hơn cho các trạng thái lượng tử vốn rất nhạy cảm và dễ bị tác động, đồng thời hạn chế tối đa tình trạng thất thoát năng lượng trong quá trình vận hành.
Những thử nghiệm thực tế đã được triển khai trên các bộ cộng hưởng vi sóng đông lạnh. Cấu trúc này giữ vai trò trọng yếu trong khâu kiểm định chất lượng các hệ thống điện tử lượng tử siêu dẫn trước khi đưa vào ứng dụng thực tế.
Ứng dụng và lộ trình sản xuất thương mại vi mạch lượng tử
Đại diện Đại học Bauman cho biết, giải pháp công nghệ này đã bước qua giai đoạn nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và hiện đang được tích hợp trực tiếp vào dây chuyền sản xuất đại trà. Nhà trường đã chính thức ký kết thỏa thuận cung ứng các dòng sản phẩm bộ đồng xử lý lượng tử đầu tiên sử dụng nền tảng tantalum, với mốc thời gian bàn giao dự kiến vào mùa thu năm 2026.
Công trình khoa học này nằm trong khuôn khổ chiến lược của dự án Bauman DeepTech, tập trung vào lĩnh vực điện toán lai quy mô exaflop thuộc chương trình Priority-2030 tại Nga. Toàn bộ các dữ liệu nghiên cứu chi tiết đã được đăng tải trên tạp chí khoa học uy tín Applied Physics Reviews vào năm 2026.
Phân tích kỹ thuật về vật liệu tantalum trong vi mạch
Trong lĩnh vực chế tạo vi mạch lượng tử siêu dẫn, tantalum được xem là phương án thay thế đầy hứa hẹn cho nhôm. Kim loại này giúp kéo dài thời gian tồn tại của các trạng thái lượng tử mong manh và giảm thiểu tối đa hiện tượng tiêu hao năng lượng.
Tuy nhiên, các lớp màng mỏng tantalum thường xuất hiện nhiều pha tinh thể khác nhau, trong đó pha alpha đóng vai trò quyết định đối với đặc tính siêu dẫn. Thông qua hơn 1.000 lượt thí nghiệm khắt khe, các chuyên gia Nga đã tìm ra cơ chế hình thành màng tantalum pha alpha trên đế silicon. Cụ thể, lớp màng này chỉ bắt đầu phát triển sau khi một lớp đệm pha beta đạt độ dày khoảng từ 7 đến 10 nanomet.
Các màng vật liệu thành phẩm có nhiệt độ chuyển đổi sang trạng thái siêu dẫn nằm trong khoảng từ 3,77 đến 4,39 Kelvin tùy thuộc vào độ dày của lớp màng.
Năng lực nghiên cứu toàn cầu và vị thế của Nga
Thành tựu này giúp nền khoa học Nga gia nhập nhóm các quốc gia dẫn đầu thế giới về công nghệ nghiên cứu tantalum. Trước đó, vào năm 2025, Đại học Princeton tại Mỹ từng công bố hệ thống 45 qubit transmon tantalum trên đế silicon với hệ số phẩm chất trung bình đạt 9,7 triệu, có thời điểm đạt đỉnh 25 triệu và thời gian duy trì T1 đạt mức 1,68 mili giây. Trong khi đó, Viện nghiên cứu imec của Bỉ cũng từng chế tạo thành công bộ cộng hưởng tantalum trên tấm bán dẫn silicon kích thước 300 mm, mang lại hệ số phẩm chất vượt mốc 40 triệu.
Mặc dù việc chế tạo thành công bộ cộng hưởng trong phòng thí nghiệm là tiền đề quan trọng, nhưng để hoàn thiện một hệ thống máy tính lượng tử hoàn chỉnh đòi hỏi sự đồng bộ của nhiều cấu phần phức tạp. Các thành phần này bao gồm cổng tiếp giáp Josephson, mạch điều khiển chuyên dụng, hệ thống đọc dữ liệu chính xác và hạ tầng làm lạnh sâu phức tạp.
Định hướng tương lai của Nga là tích hợp vi mạch tantalum vào kiến trúc điện toán lai, kết hợp nhịp nhàng giữa năng lực của siêu máy tính truyền thống và các bộ đồng xử lý lượng tử. Mục tiêu ứng dụng hướng tới các lĩnh vực đòi hỏi hiệu năng cao như trí tuệ nhân tạo (AI), giải mã bộ gene, nghiên cứu vật liệu mới và mô phỏng khí hậu toàn cầu.
Góc nhìn chuyên gia kỹ thuật từ TTC Việt Nam
Dưới góc độ chuyên môn về hạ tầng mạng và viễn thông, các kỹ sư tại TTC Việt Nam nhận định rằng sự phát triển của điện toán lượng tử và vi mạch siêu dẫn sẽ tạo ra bước chuyển dịch lớn cho hệ thống trung tâm dữ liệu trong tương lai gần. Việc tối ưu hóa phần cứng lượng tử và tích hợp vào kiến trúc điện toán lai đòi hỏi các doanh nghiệp viễn thông phải chuẩn bị sẵn sàng về hạ tầng kết nối tốc độ cao, độ trễ cực thấp và các giải pháp bảo mật lượng tử tiên tiến để đáp ứng khối lượng dữ liệu khổng lồ phát sinh từ các ứng dụng AI và mô phỏng khoa học.
Để được tư vấn chi tiết về các giải pháp mạng, hạ tầng viễn thông tối ưu và công nghệ mới nhất, quý khách hàng vui lòng liên hệ ngay với đội ngũ chuyên gia của TTC Việt Nam (ttcvn.net) để nhận được sự hỗ trợ chuyên sâu và tận tâm nhất.
