Тантал в новой шкуре: кубиты из неожиданной фазы ✎ экспресс

Оригинал: "Beta Tantalum Transmon Qubits with Quality Factors Approaching 10 Million"
arXiv:2603.13174 · 2026-03-13 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 1 мин
Обычная форма тантала считалась непригодной для квантовых чипов, но эксперимент показал обратное.

Обычный кухонный термометр показывает температуру, при которой ртуть перестаёт сопротивляться электричеству. Для сверхпроводников, из которых делают квантовые компьютеры, критическая температура — как паспорт качества: чем выше, тем лучше. Тантал в форме альфа — отличник, а его близнец бета считался двоечником. Но, как выяснилось, двоечник тоже умеет решать задачи.

Физики взяли плёнку бета-тантала на сапфировой подложке и построили 11 кубитов — базовых ячеек квантового процессора. Среднее качество кубита (мера того, как долго он хранит квантовое состояние) составило 5,6 миллиона, а лучший образец достиг 10,1 миллиона. Это сравнимо с хорошими кубитами из альфа-фазы. Потери энергии в основном происходят из-за дефектов на поверхности — так называемых двухуровневых систем, которые ведут себя как крошечные ловушки для микроволновых фотонов. У бета-фазы таких ловушек примерно вдвое больше, но это не фатально.

Магнитное поле проникает в бета-тантал глубже, чем в альфа: на 1,78 микрометра против долей микрометра. Поэтому плёнка бета-фазы накапливает больше энергии в своём объёме — это свойство пригодится для компактных резонаторов и детекторов.

Бета-фаза тантала образуется при комнатной температуре, тогда как альфа требует нагрева. Это делает производство проще и дешевле. Результат открывает дорогу к масштабированию квантовых процессоров: не нужно гнаться за идеальной кристаллической структурой, если и «неправильная» фаза работает достаточно хорошо. В конце концов, даже двоечник может стать инженером.

Критическая температура бета-тантала около 0,5 кельвина — это холоднее, чем в открытом космосе, но достаточно для работы кубита в современных рефрижераторах.

В сериале «Разрабы» квантовый компьютер строится из экзотических материалов, но здесь используется обычный тантал — просто в менее известной кристаллической форме.

Учёные
Wolfgang PauliSatyendra Nath BoseAlbert EinsteinDavid DeutschErwin SchrödingerJohn Stewart Bell
Понятия
полупроводниковые кубиты трансмон технология квантовых вычислений добротность трансмонный кубит сверхпроводящий кубит кремниевая подложка алюминий терморегулирование тонких плёнок кремниевая пластина квантовый чип сверхпроводящий резонатор тантал компоненты квантовых вычислений квантовые материалы кубит рубидий