Quantum chip thường vẫn được chế tạo như thiết bị phòng lab: Startup Pháp đưa qubit lên dây chuyền wafer silicon 300 mm

Một qubit hoạt động tốt trên thiết bị được chế tạo riêng trong phòng lab chưa trả lời được câu hỏi khó hơn: liệu hàng nghìn hay hàng triệu qubit có thể được làm lặp lại bằng một quy trình bán dẫn thực sự hay không.

Startup Pháp Quobly vừa đưa ra một dữ kiện đáng chú ý cho câu hỏi đó. Công ty cho biết đã thực hiện được đọc trạng thái qubit, cổng một qubit và cổng hai qubit trên cùng một chip QSOI được chế tạo trong dây chuyền FD-SOI 300 mm thương mại của STMicroelectronics tại Crolles, gần Grenoble. Đây là ba thao tác cơ bản cần có để điều khiển một bộ xử lý lượng tử dựa trên spin electron. Kết quả được Quobly công bố ngày 16/9/2026.

Điểm mới không nằm ở việc ngành lượng tử chưa từng dùng wafer 300 mm. Intel, imec và Diraq đã có những kết quả đáng kể với spin qubit trên quy trình 300 mm; imec cũng từng chế tạo transmon siêu dẫn trên dây chuyền CMOS 300 mm. Điều Quobly muốn chứng minh là kiến trúc qubit riêng của họ có thể được chuyển vào môi trường sản xuất thương mại của một nhà sản xuất chip lớn, rồi vẫn thực hiện được đủ các thao tác lượng tử cốt lõi trên cùng một die.

Từ “hero device” tới bài toán sản xuất lặp lại

Phần lớn tiến bộ ban đầu của quantum hardware đến từ những thiết bị được chế tạo, chọn lọc và tinh chỉnh rất cẩn thận trong môi trường nghiên cứu. Cách làm đó phù hợp để trả lời câu hỏi vật lý: qubit có hoạt động không, thời gian coherence là bao lâu, cổng lượng tử đạt fidelity nào. Nhưng một máy tính lượng tử sửa lỗi cần một bài toán khác: số lượng lớn thiết bị phải có đặc tính đủ giống nhau để hệ thống điều khiển và hiệu chỉnh không trở nên bất khả thi.

Đây là lý do wafer 300 mm có ý nghĩa. Đường kính 300 mm không tự làm qubit tốt hơn. Giá trị của nó đến từ hệ sinh thái sản xuất bán dẫn đã được xây quanh kích thước wafer này: lithography, deposition, etching, metrology, kiểm soát sai lệch theo wafer, thống kê yield và khả năng chạy cùng một process flow nhiều lần.

Quobly đang đi theo hướng tận dụng hạ tầng đó thay vì xây một công nghệ chế tạo hoàn toàn riêng cho quantum. Năm 2024, công ty ký hợp tác với STMicroelectronics để chuyển công nghệ spin qubit sang nền tảng 28 nm FD-SOI và dây chuyền 300 mm của ST. Cuối năm 2025, những wafer FD-SOI tùy biến dùng silicon-28 do Soitec cung cấp bắt đầu chạy trong fab Crolles để phát triển và xác nhận quy trình. Soitec khi đó mô tả đây là giai đoạn process development và validation, chứ chưa phải sản xuất hàng loạt QPU thương mại.

Qubit của Quobly thực chất là gì?

Quobly dùng silicon spin qubit. Thay vì tạo qubit từ mạch siêu dẫn như IBM hay Google, kiến trúc này giữ một hoặc vài electron trong những vùng cực nhỏ gọi là quantum dot. Trạng thái spin của electron — có thể hình dung gần đúng như hai hướng lượng tử khác nhau — được dùng để mã hóa thông tin.

Ưu điểm hấp dẫn của cách tiếp cận này là kích thước. Quantum dot và các gate điện cực điều khiển chúng có thể được tạo từ những cấu trúc rất giống transistor, vì vậy về nguyên tắc chúng phù hợp với nhiều kỹ thuật mà ngành CMOS đã tối ưu trong hàng chục năm.

Quobly gọi nền tảng của mình là QSOI, hay Quantum Silicon-on-Insulator. Nó phát triển từ FD-SOI — một công nghệ transistor thương mại trong đó lớp silicon hoạt động rất mỏng nằm trên một lớp oxide cách điện. Công ty muốn đặt các cấu trúc quantum dot và transistor điều khiển cryogenic trong cùng một họ quy trình thay vì để bộ xử lý lượng tử và phần điện tử cổ điển tồn tại như hai thế giới chế tạo tách rời. Quobly cho biết các chip của họ được đồng thiết kế với STMicroelectronics và chế tạo trên nền tảng bán dẫn 300 mm của ST.

Vì sao phải dùng silicon-28?

Silicon tự nhiên chứa nhiều đồng vị. Trong đó silicon-29 có spin hạt nhân, có thể tạo nhiễu từ đối với spin electron đang mang thông tin lượng tử. Vì qubit rất nhạy với môi trường, loại nhiễu này làm mất coherence nhanh hơn.

Giải pháp là làm giàu silicon-28, đồng vị không có spin hạt nhân. Quobly kết hợp lớp silicon-28 với cấu trúc FD-SOI để tạo wafer QSOI. Đây là điểm khiến chuỗi cung ứng của họ khác wafer logic thông thường: nguyên liệu không thể đơn giản lấy trực tiếp từ một line FD-SOI tiêu chuẩn mà phải có lớp silicon được tinh chế đồng vị trước khi đi qua các bước chế tạo tiếp theo.

Dù vậy, mục tiêu của Quobly là giữ phần còn lại của process flow càng gần công nghiệp CMOS càng tốt. Trong thỏa thuận công bố năm 2024, STMicroelectronics cho biết hai bên sẽ điều chỉnh quy trình 28 nm FD-SOI của ST cho yêu cầu của Quobly, tận dụng fab 300 mm cho đồng thiết kế, prototype, industrialization và sau đó mới là volume production.

Ba thao tác trên cùng chip quan trọng hơn một con số qubit lớn

Thông báo mới của Quobly tập trung vào ba chức năng: đọc trạng thái qubit, thao tác một qubit và thao tác hai qubit. Một cổng một qubit thay đổi trạng thái lượng tử của một qubit; cổng hai qubit tạo tương tác giữa hai qubit và là thành phần cần thiết để tạo entanglement cũng như xây dựng các mạch lượng tử hữu ích. Readout là bước biến trạng thái cuối cùng thành tín hiệu mà hệ điện tử cổ điển có thể đo.

Việc cả ba xuất hiện trên một chip được chế tạo qua process 300 mm thương mại quan trọng hơn việc chỉ chứng minh rằng fab có thể tạo ra hàng loạt cấu trúc giống quantum dot. Một thiết bị có hình học đúng chưa chắc đã là một qubit tốt; nó còn phải giữ được trạng thái lượng tử và cho phép điều khiển với sai số thấp.

Nhưng đây cũng là điểm cần đọc thận trọng nhất trong thông báo. Quobly chưa công bố trong lần này các con số fidelity, coherence time, phân bố yield hay độ biến thiên giữa các die và giữa các wafer. Công ty nói các thông số hiệu năng chi tiết sẽ xuất hiện trong một công bố khoa học sắp tới. Vì thế hiện chưa thể đối chiếu trực tiếp chất lượng cổng lượng tử của chip ST-fabricated này với các nền tảng 300 mm khác.

Quobly không phải đội duy nhất đưa qubit lên wafer 300 mm

Nếu hiểu thông báo là “lần đầu qubit được chế tạo trên wafer 300 mm”, điều đó sẽ không chính xác. Năm 2024, một nhóm tại imec công bố trên Nature việc chế tạo transmon siêu dẫn bằng quy trình CMOS 300 mm và đo 400 qubit cùng hơn 12.000 cấu trúc Josephson junction trên wafer. Cùng năm, nghiên cứu của Intel trên Nature trình bày phép đo single-electron trên wafer spin-qubit 300 mm.

Đối thủ trực tiếp gần hơn là Diraq. Tháng 9/2025, imec và Diraq báo cáo các spin qubit silicon chế tạo bằng kỹ thuật công nghiệp 300 mm với fidelity trên 99% cho cổng một và hai qubit trong tập thiết bị được kiểm tra. Đến tháng 7/2026, hai bên công bố vận hành coherent và đọc một mảng tám silicon MOS spin qubit được chế tạo bằng quy trình foundry-compatible 300 mm. Đó là một mốc quan trọng cho việc mở rộng vượt khỏi cell hai qubit.

Vì vậy, lợi thế mà Quobly đang cố xây không phải quyền sở hữu độc quyền với ý tưởng “300 mm quantum”. Họ đặt cược vào một chuỗi công nghiệp cụ thể: FD-SOI, silicon-28, STMicroelectronics, Soitec và khả năng đồng tích hợp cryogenic electronics với spin qubit.

Từ fab thương mại tới quantum computer vẫn còn một khoảng dài

Một process flow chạy được trong fab thương mại chưa đồng nghĩa một quantum computer quy mô lớn đã sẵn sàng sản xuất. Bước tiếp theo là chứng minh reproducibility: cùng các thao tác lượng tử đó phải xuất hiện với fidelity cao trên nhiều thiết bị, nhiều vị trí trên wafer và nhiều wafer khác nhau, trong khi độ biến thiên đủ nhỏ để hiệu chỉnh ở quy mô lớn.

Sau đó còn bài toán interconnect, routing, cryogenic control, nhiệt do transistor điều khiển tạo ra, đóng gói, sửa lỗi lượng tử và tỷ lệ physical qubit cần cho mỗi logical qubit. Đây là những giới hạn khiến “một triệu transistor trên chip” và “một triệu qubit hữu dụng” là hai bài toán rất khác nhau.

Quobly hiện đặt kết quả mới vào roadmap sản phẩm Alloy. Công ty cho biết hệ thống đầu tiên, Alloy Pioneer, được lên kế hoạch cho truy cập cloud vào cuối năm 2026, còn mục tiêu dài hạn là một triệu qubit vào năm 2032. Đây vẫn là roadmap của công ty, không phải năng lực đã được chứng minh.

Dù vậy, mốc lần này cho thấy một thay đổi đáng theo dõi trong cách quantum hardware được phát triển. Câu hỏi không còn chỉ là “qubit này có hoạt động trong lab hay không”, mà ngày càng giống câu hỏi của ngành semiconductor: quy trình có ổn định, yield có đủ cao và cùng một thiết bị có thể được làm lại wafer sau wafer hay không? Với Quobly, câu trả lời cho ba thao tác lượng tử cơ bản trên một chip 300 mm đã bắt đầu có. Câu trả lời về độ lặp lại và chất lượng ở quy mô công nghiệp vẫn phải chờ dữ liệu tiếp theo.

Nguồn tham khảo

• Quobly announcement syndicated by The Quantum Insider, 16/9/2026.
• Quobly: QSOI technology and 300 mm manufacturing platform.
• STMicroelectronics: Quobly collaboration on 28 nm FD-SOI and 300 mm manufacturing.
• Soitec: custom 28Si FD-SOI wafers enter ST's Crolles 300 mm fab.
• Nature (2024): Advanced CMOS manufacturing of superconducting qubits on 300 mm wafers.
• Nature (2024): Probing single electrons across 300-mm spin qubit wafers.
• imec/Diraq: industrially fabricated silicon spin-qubit fidelity results, 2025.
• imec/Diraq: coherent operation of eight silicon MOS spin qubits, 2026.