Quantum computer đang bước vào giai đoạn giống chip vài thập kỷ trước: Một “foundry cho qubit” bắt đầu hình thành

Trong nhiều năm, chế tạo quantum computer thường giống ngành chip trước khi mô hình foundry trưởng thành: đội ngũ thiết kế phần cứng cũng phải tự lo một phần lớn quy trình chế tạo, tinh chỉnh vật liệu, đóng gói và kiểm tra thiết bị. Cách làm đó phù hợp khi mục tiêu là tạo ra vài chip tốt trong phòng lab. Nó trở nên khó chịu hơn nhiều khi cần hàng loạt wafer có đặc tính đủ giống nhau để ghép thành những hệ thống lớn.

IBM đang thử tách hai bài toán đó ra. Tháng 5/2026, hãng cùng Bộ Thương mại Mỹ công bố kế hoạch thành lập Anderon, một công ty độc lập được IBM mô tả là “pure-play quantum foundry” đầu tiên của Mỹ. Anderon dự kiến vận hành quy trình wafer 300 mm tại Albany, New York, trước hết cho qubit siêu dẫn và các wafer điện tử hỗ trợ, sau đó mới mở rộng sang những nền tảng quantum khác.

Điểm đáng chú ý không phải chỉ là một fab mới. IBM muốn đưa vào chế tạo qubit những thứ đã trở thành hạ tầng bình thường của ngành bán dẫn: process design kit (PDK), quy trình chuẩn hóa, đo kiểm ngay trên wafer, through-silicon vias, bump interconnect và vòng lặp thiết kế–chế tạo đủ ổn định để khách hàng bên ngoài có thể sử dụng. Nếu mô hình đó thực sự hoạt động, một công ty quantum có thể tập trung nhiều hơn vào kiến trúc qubit và hệ thống thay vì phải tự xây cả năng lực chế tạo từ đầu.

Nhưng đây chưa phải “TSMC của quantum” đã thành hình hoàn chỉnh. Kế hoạch Anderon ban đầu được công bố dưới dạng letter of intent; IBM chưa nêu tên khách hàng foundry bên ngoài trong thông báo thành lập, và việc một công ty sinh ra từ IBM có thể tạo được mức độ trung lập mà khách hàng đối thủ yêu cầu vẫn là câu hỏi mở. Điều đang thay đổi là foundry đã trở thành một lớp hạ tầng mà ngành quantum bắt đầu nghiêm túc xây dựng, thay vì chỉ là một ý tưởng xa xôi.

Vì sao quantum computer cần một foundry?

Trong chip cổ điển, bản thiết kế transistor và mạch điện không tự biến thành sản phẩm. Nhà máy phải lặp lại hàng trăm bước lắng đọng, quang khắc, khắc vật liệu, làm sạch, đo kiểm và đóng gói với độ biến thiên cực nhỏ trên cả wafer. Foundry nhận phần việc đó, còn công ty fabless tập trung vào thiết kế.

TSMC là ví dụ nổi tiếng nhất. Thành lập năm 1987, công ty này đi tiên phong với mô hình pure-play foundry: chỉ chế tạo sản phẩm do khách hàng thiết kế, thay vì đồng thời bán chip cạnh tranh với họ. Sự phân công đó góp phần tạo điều kiện cho cả một lớp công ty fabless phát triển mà không phải bỏ hàng chục tỷ USD để sở hữu fab riêng.

Quantum hardware chưa đạt mức chuẩn hóa tương tự. Thậm chí từ “qubit” còn bao gồm những thiết bị vật lý rất khác nhau: mạch siêu dẫn, spin trong silicon, ion bị bẫy, photon hay các hướng topological. Chúng không thể đơn giản chạy chung một process node như CPU và GPU.

Tuy vậy, khi số lượng thiết bị tăng, các nhóm đều đụng một vấn đề giống ngành chip: một thiết kế tốt chưa đủ; phải chế tạo nó lặp lại được. Qubit đặc biệt nhạy với khuyết tật vật liệu, nhiễu bề mặt, kích thước hình học, tiếp xúc điện, lớp điện môi và quy trình đóng gói. Một thay đổi nhỏ trong fab có thể làm coherence hoặc fidelity khác đi giữa các chip.

Ở quy mô phòng lab, kỹ sư có thể chọn vài “hero device” tốt nhất trên một wafer rồi tiếp tục thí nghiệm. Ở quy mô công nghiệp, cách đó không còn đủ. Hệ thống cần yield, phân bố thông số có thể dự đoán và quy trình cho phép một thế hệ chip mới được đưa vào chế tạo mà không phải tái khám phá toàn bộ công thức sản xuất.

Anderon muốn đưa PDK vào thế giới qubit

Chi tiết quan trọng nhất trong kế hoạch của Anderon có lẽ không phải con số 300 mm, mà là PDK.

Trong ngành bán dẫn, process design kit là bộ cầu nối giữa người thiết kế và nhà máy. Nó mô tả các lớp vật liệu, kích thước và khoảng cách được phép, model linh kiện, quy tắc layout và những giới hạn mà thiết kế phải tuân theo để fab có thể chế tạo với xác suất thành công cao.

IBM nói Anderon sẽ có PDK chuyên dụng, đo kiểm và characterization ngay trên wafer, cùng các “baseline routes” — tức những luồng quy trình đã được xác lập để khách hàng không phải bắt đầu từ một chuỗi thí nghiệm tùy biến hoàn toàn. Foundry cũng dự kiến cung cấp các công nghệ như dây dẫn siêu dẫn, through-silicon vias và bump, những thành phần quan trọng khi chip quantum phải kết nối với các lớp điều khiển và đóng gói ngày càng phức tạp.

Đây chính là nơi phép so sánh với ngành chip trở nên hữu ích. Giá trị của foundry không chỉ nằm ở máy lithography. Nó nằm ở dữ liệu tích lũy qua nhiều wafer: bước nào làm yield giảm, thông số nào trôi theo thời gian, một thay đổi thiết kế có nằm trong cửa sổ quy trình hay không, và lỗi nào có thể phát hiện trước khi chip được đưa xuống tủ lạnh dilution refrigerator để đo ở nhiệt độ cực thấp.

Anderon sẽ bắt đầu với wafer cho qubit siêu dẫn và điện tử hỗ trợ. Đây là nền tảng mà IBM đã dùng cho các hệ thống quantum hiện tại của mình. Theo IBM, các phương pháp chế tạo làm nền cho dự án đã được dùng trong hoạt động wafer 24/7 và hỗ trợ triển khai hơn 90 hệ thống quantum của hãng.

Tuy nhiên, con số đó phản ánh kinh nghiệm sản xuất nội bộ của IBM, không đồng nghĩa Anderon đã chứng minh được yield cho thiết kế của nhiều khách hàng độc lập. Foundry chỉ thực sự trở thành một lớp hạ tầng chung khi thiết kế từ các tổ chức khác có thể đi qua quy trình đó với kết quả đủ dự đoán được.

300 mm quan trọng vì quantum bắt đầu cần kỷ luật của fab

Wafer đường kính 300 mm là chuẩn quen thuộc trong sản xuất bán dẫn hiện đại. Đưa quantum device lên nền tảng này không có nghĩa qubit đang được thu nhỏ theo “node” giống transistor logic. Với qubit siêu dẫn, những cấu trúc và vật liệu cần tối ưu hoàn toàn khác CPU.

Ý nghĩa nằm ở hệ thống sản xuất xung quanh wafer: thiết bị công nghiệp, tự động hóa, metrology, kiểm soát quy trình và khả năng thu thập thống kê trên số lượng lớn cấu trúc thử nghiệm. Những công cụ đó cho phép các kỹ sư nhìn qubit như một bài toán manufacturing chứ không chỉ là một mẫu vật lý độc nhất.

Dấu hiệu này không chỉ xuất hiện ở IBM. Tháng 7/2026, imec và Diraq công bố vận hành coherent một mảng tám silicon MOS spin qubit được chế tạo bằng quy trình foundry tương thích CMOS trên wafer 300 mm. Trước đó, hai bên đã cho thấy những thiết bị spin qubit lấy ngẫu nhiên từ quy trình công nghiệp vẫn đạt fidelity trên 99% cho các thao tác một và hai qubit, thay vì chỉ báo cáo một mẫu tốt nhất được chọn riêng.

Sự khác biệt đó rất quan trọng. Một quantum processor lớn không thể dựa vào việc từng die có một vài qubit xuất sắc. Nó cần cả phân bố thiết bị đủ đồng đều để calibration, sửa lỗi và đóng gói không trở thành ác mộng khi số lượng qubit tăng lên.

Không chỉ Anderon: một lớp sản xuất quantum đang xuất hiện

Cùng ngày IBM công bố Anderon, GlobalFoundries ra mắt Quantum Technology Solutions, một đơn vị sản xuất quantum riêng. Công ty cho biết nền tảng của họ sẽ bao gồm cryogenic CMOS, advanced packaging, interconnect siêu dẫn và công nghệ để hỗ trợ nhiều modality như superconducting, trapped ion, photonic, topological và spin.

Điểm khác là GlobalFoundries vốn đã là một foundry bán dẫn phục vụ khách hàng bên ngoài. Hãng nêu Diraq, Equal1, PsiQuantum, Quantinuum và Quantum Motion trong hệ sinh thái khách hàng/đối tác quantum của mình. Bộ Thương mại Mỹ đã ký letter of intent cho khoản hỗ trợ 375 triệu USD nhằm tăng tốc năng lực này.

Ở châu Âu, imec đang đưa spin qubit lên nền tảng 300 mm; Fraunhofer IPMS tham gia các pilot line như SUPREME và SPINS; tại Nhật Bản, AIST vận hành Qufab như một cơ sở dùng chung cho prototype mạch quantum siêu dẫn. MIT Lincoln Laboratory cũng đã cung cấp SQUILL Foundry cho cộng đồng nghiên cứu từ trước.

Vì vậy, gọi Anderon là “foundry qubit đầu tiên” mà không nói rõ phạm vi sẽ gây hiểu nhầm. Những cơ sở foundry hoặc shared fabrication cho quantum đã tồn tại. Cái IBM đang cố xây là một pure-play quantum wafer foundry có tham vọng thương mại và quy mô công nghiệp, phục vụ nhiều vendor trên nền quy trình 300 mm.

Điểm giống TSMC — và điểm chưa giống

TSMC không chỉ thành công vì có fab tốt. Mô hình của họ giải quyết một vấn đề niềm tin: khách hàng có thể giao bản thiết kế quan trọng cho một nhà sản xuất không đồng thời bán CPU hay GPU cạnh tranh trực tiếp với mình.

Đây là bài kiểm tra khó hơn đối với Anderon. Công ty được thành lập từ IBM, nhận tiền mặt, IP, tài sản và nhân lực từ IBM; trong khi IBM vẫn là một trong những nhà phát triển quantum computer lớn nhất thế giới. IBM mô tả Anderon là công ty độc lập và “pure-play”, nhưng thị trường sẽ phải xem cách quản trị IP, dữ liệu process và quyền tiếp cận công suất được tổ chức trong thực tế.

Một thách thức khác là quantum chưa có thiết kế thống trị. Foundry silicon cổ điển có thể đầu tư vào một họ process vì có thị trường logic, memory, RF và nhiều khách hàng dùng chung những nguyên tắc chế tạo tương đối ổn định. Quantum hiện vẫn là cuộc cạnh tranh giữa nhiều vật lý qubit khác nhau. Một dây chuyền tối ưu cho Josephson junction của qubit siêu dẫn không tự động trở thành dây chuyền cho quantum dot spin hay photonic qubit.

Chính IBM cũng chỉ cam kết Anderon bắt đầu với superconducting qubit rồi mới hướng tới các modality khác. Sau khi IBM hoàn tất mua HRL Laboratories vào tháng 8/2026, hãng cho biết chuyên môn spin qubit của HRL có thể tạo cơ hội hợp tác với Anderon trong tương lai. Đó là hướng mở rộng, chưa phải một process spin-qubit foundry đã sẵn sàng cho khách hàng.

Thước đo quan trọng tiếp theo không phải số qubit

Nếu muốn biết “foundry cho qubit” có thực sự thành công hay không, số qubit trên một chip chưa phải chỉ số đáng xem nhất.

Những dấu hiệu thuyết phục hơn sẽ là: khách hàng bên ngoài có tape-out thiết kế qua PDK hay không; yield thay đổi ra sao giữa các wafer; phân bố tần số, coherence và fidelity có đủ hẹp hay không; một process revision mất bao lâu để đi từ layout tới thiết bị có thể đo; và packaging có giữ được chất lượng khi số lượng đường điều khiển tăng lên hay không.

Đây cũng là nơi quantum computer bắt đầu giống ngành chip vài thập kỷ trước theo một cách ít hào nhoáng nhưng quan trọng hơn việc công bố thêm một processor. Khi một ngành phần cứng trưởng thành, lợi thế không còn chỉ nằm ở phòng lab có thiết bị tốt nhất. Nó chuyển dần sang chuỗi cung ứng, quy trình thiết kế, yield, metrology và tốc độ học qua mỗi vòng wafer.

Anderon mới là một dự án đang được dựng lên, không phải bằng chứng rằng quantum computing đã bước vào sản xuất đại trà. Nhưng việc IBM muốn tách wafer fabrication thành một doanh nghiệp phục vụ nhiều hãng, GlobalFoundries đồng thời mở một đơn vị quantum manufacturing, còn imec chứng minh qubit có thể giữ chất lượng trên quy trình 300 mm cho thấy một thay đổi rõ ràng: cuộc đua quantum đang bắt đầu có thêm một mặt trận mà ngành bán dẫn đã hiểu rất rõ — ai có thể chế tạo thiết bị lặp lại được, cho nhiều thiết kế, ở quy mô mà phòng lab không thể cung cấp.

Nguồn chính: IBM — công bố Anderon; Anderon; GlobalFoundries — Quantum Technology Solutions; imec và Diraq — tám spin qubit trên quy trình foundry 300 mm; TSMC — lịch sử mô hình dedicated foundry.