Министерство торговли США окончательно утвердило грант на исследования и разработки в рамках закона CHIPS and Science Act на сумму до $1 млрд для компании Anderon — квантовой фабрики, которую IBM основала в начале этого года. Объявленное 16 сентября решение поддерживает создание производственного сервиса для IBM и других разработчиков квантового оборудования.
Завод Anderon по выпуску 300-мм пластин в Олбани, штат Нью-Йорк. Источник изображения — spectrum.ieee.org
IBM софинансирует проект: вкладывает ещё $1 млрд деньгами, а также передаёт интеллектуальную собственность, активы и квалифицированных специалистов. Штаб-квартира Anderon находится в Олбани (штат Нью-Йорк), и компания опирается на уже действующее производство в комплексе Albany NanoTech, где IBM более пяти лет выпускает квантовые пластины, рассказывает гендиректор Мукеш Кхаре. Эта готовая инфраструктура помогла Anderon быстро стартовать: первые пластины уже идут по серийной 300-миллиметровой линии.
Квантовые вычисления «переходят от науки к реальному коммерческому эффекту прямо сейчас», говорит Кхаре. «А значит, отрасли нужен и более стабильный источник производства квантовых чипов».
Если у Anderon получится, компания способна сделать для квантового оборудования то же, что TSMC сделала для обычных чипов: позволить разработчикам сосредоточиться на проектировании, не вкладывая каждый раз миллиарды долларов в собственный завод.
Что может дать автоматизированная квантовая фабрика
По данным IBM, перенос значительной части разработки квантовых пластин с 200-миллиметровой лаборатории в исследовательском центре в Йорктаун-Хайтсе на 300-миллиметровую линию в Олбани, начавшийся в 2021 году, вдвое ускорил создание чипов и в десять раз повысил их физическую сложность. Круглосуточная обработка сократила производственные циклы, а передовые техники позволили реализовать более сложную разводку и связи между кубитами. Anderon опирается на производственные возможности Albany NanoTech и опыт IBM, развернувшей с 2016 года более 90 квантовых систем. Теперь задача — распространить эти наработки на сторонних разработчиков. Среди потенциальных клиентов — проектировщики процессоров без собственных фабрик, сборщики систем и национальные лаборатории. Даже компании с собственными «ручными» производствами могут быть заинтересованы в переходе на автоматизированную фабрику. Например, по словам гендиректора Субодха Кулкарни, в переговорах с Anderon находится ещё один получатель гранта по CHIPS Act — Rigetti Computing.
Сейчас Rigetti выпускает процессоры на 150-миллиметровых пластинах в своей «ручной» фабрике во Фримонте (штат Калифорния). Кулкарни оценивает выход годных примерно в 50% — этого, по его словам, «достаточно» для НИОКР, когда спецификации часто меняются. Но Anderon обещает более надёжное автоматизированное производство, которое компании вроде Rigetti могли бы использовать для развития собственных чипов. «Это кажется нам очень привлекательным, — говорит Кулкарни, — и не из-за мощностей, а из-за возможностей».
Как и классические кремниевые фабрики, Anderon планирует предлагать наборы правил проектирования (PDK), определяющие, как пользоваться её техпроцессами. «Они проектируют — мы производим», — формулирует Кхаре. По его словам, будет доступна и кастомизация, а фабрика станет защищать интеллектуальную собственность клиентов и работать нейтрально — в том числе для конкурентов самой IBM.
Чтобы такая модель заработала, производство должно быть предсказуемым. Для сверхпроводящих кубитов критически важен джозефсоновский переход — два сверхпроводника, разделённых тонким изолирующим барьером. Разброс в площади перехода и толщине барьера меняет критический ток и частоту кубита, что может приводить к нежелательному перекрытию частот и снижать выход годных.
Автоматизированная линия Anderon способна удерживать разброс за счёт повторяемых операций литографии, напыления и окисления, а также встроенного контроля, выявляющего дрейф процесса. Но реальный прирост в работе кубитов клиентам придётся измерять самостоятельно, отмечает Кулкарни.
Квантовые 300-мм пластины Anderon новейшего поколения. Источник изображения — spectrum.ieee.org
Значительная часть оборудования совпадает с тем, что используют для кремниевых чипов, хотя сверхпроводящие схемы требуют особых материалов и технологических шагов. Anderon заявляет о выпуске массивов сверхпроводящих кубитов, СВЧ-компонентов и сквозных соединений через кремний. А вот расширение на другие квантовые технологии — например, кубиты на ионных ловушках или фотонные — потребует дополнительной проработки процессов, которую Anderon пока публично не описывала.
Полупроводниковые спиновые кубиты уже можно производить на обычных линиях выпуска чипов, отмечает Ливен Вандерсипен из Делфтского технического университета в Нидерландах, тогда как сверхпроводящие кубиты требуют специализированных шагов, которые, возможно, придётся разрабатывать заново.
Выделенное квантовое производство способно распределить издержки и поддержать разработку процессов, оптимизированных именно под квантовые устройства, считает Вандерсипен. «Понять, как совершить этот переход, — важная и своевременная задача», — говорит он.
Одних производственных возможностей недостаточно, чтобы Anderon стала «TSMC квантовых вычислений». Нужен устойчивый спрос за пределами IBM, а у разработчиков есть альтернативы. Вандерсипен указывает на инвестиции QuantWare в собственное производство и на бельгийский институт imec, который поставляет прототипы квантовых чипов, а не гонится за массовым выпуском. «Время покажет, какая модель победит. Возможно, обе будут сосуществовать», — отмечает он.
Министерство торговли поддерживает сразу несколько подходов, чтобы усилить позиции США на мировом квантовом рынке. Грант Anderon пока крупнейший, но ведомство также утвердило до $375 млн для GlobalFoundries и до $100 млн каждому для Rigetti, D-Wave, Quantinuum и PsiQuantum. Эти средства поддерживают производство под разные квантовые архитектуры и адресуют узкие места — от электроники считывания и криостатов до сверхпроводящих материалов, оптических компонентов и фотонной упаковки. Общая фабрика пластин — лишь один элемент более масштабной инженерной работы.
Кхаре уверяет, что сможет поставлять пластины внешним заказчикам уже к концу года. Для таких клиентов, как Rigetti, главным испытанием станет то, насколько надёжно эти чипы будут соответствовать всё более требовательным проектам. Как формулирует Кулкарни: «Если мы ужесточим спецификацию, каким окажется выход годных?»
