Kripton i tantal: Kako je neočekivani plin prepolovio temperaturu za kvantne čipove

KATEDRA ZA TEHNOLOGIJU, KVANTNA RAČUNALA, MEDIJSKA PISMENOST • EKSKLUZIVNO ZA EU/HR

Ova vijest djeluje zanimljivo! Potrebna provjera vjerodostojnosti svega navedenog. Da li ima senzacionalizma u njoj? Da li je to tehnološki hype? Kolike su potencijalne mogućnosti tog noviteta? Donosimo temeljitu analizu.

---

Originalna vijest: Neočekivani plin mogao bi pomoći u izradi boljih kvantnih računala

Znanstvenici sa Sveučilišta Cornell pronašli su način da jedan od najzanimljivijih materijala za buduća kvantna računala postane znatno jednostavniji za proizvodnju. Kako piše Phys.org, istraživači su korištenjem plina kriptona uspjeli prepoloviti temperaturu potrebnu za nanošenje tantala na silicij, s više od 400 na približno 200 stupnjeva Celzija, a pritom su dobili i tanke filmove s boljom električnom vodljivošću. Rezultati su objavljeni 18. kolovoza u časopisu Nature Materials.

Na prvi pogled zamjena jednog plina drugim možda ne zvuči kao veliko otkriće, no upravo bi takve promjene mogle biti važne ako se kvantna računala ikada budu proizvodila u velikim količinama. Problem više nije samo napraviti qubit koji dobro radi u laboratoriju. Potrebno je pronaći materijale i proizvodne postupke koji se mogu uklopiti u postojeće industrijske pogone i pritom omogućiti izradu velikog broja gotovo identičnih i pouzdanih komponenti.

Tantal je posljednjih godina postao vrlo zanimljiv upravo za supravodljive kvantne uređaje. Otporan je na koroziju, njegova površina relativno je stabilna, a pokazao je dobre karakteristike u uređajima u kojima je presudno što dulje očuvati osjetljivo kvantno stanje. Problem je što njegovo nanošenje na silicijske podloge nije naročito zahvalno za klasičnu industrijsku proizvodnju.

Kod standardnih postupaka kvalitetan tantal obično zahtijeva temperature više od 400 stupnjeva Celzija. To je već područje koje predstavlja problem za velik broj postojećih alata i proizvodnih linija u industriji poluvodiča. Osim toga, previsoka temperatura može izazvati miješanje tantala i silicija na njihovoj granici, što stvara sloj koji može povećavati gubitke i pogoršavati performanse kvantnog uređaja.

S druge strane, ni jednostavno spuštanje temperature dosad nije bilo dobro rješenje. Kada se tantal taloži pri preniskim temperaturama, može nastati u kristalnoj fazi koja nema karakteristike potrebne za visokokvalitetne supravodljive uređaje. Proizvođači su se tako nalazili između dva problema: visoka temperatura bila je nepraktična i mogla je oštetiti sučelje sa silicijem, dok je niža temperatura davala materijal lošijih svojstava.

Tim koji vodi Valla Fatemi, docent na Cornellovoj School of Applied and Engineering Physics, pokušao je riješiti upravo taj kompromis. Ključna ideja postdoktorskog istraživača Macieja Olszewskog bila je promijeniti plin koji se koristi tijekom postupka poznatog kao sputtering, odnosno raspršivanje materijala.

Kod tog procesa ionizirani plin bombardira metu izrađenu od željenog materijala. Sudari izbijaju atome iz mete, nakon čega oni završavaju na podlozi i stvaraju vrlo tanak sloj. Cornellov tim već je radio sa sličnim postupkom koristeći argon pri istraživanju niobija, što im je pomoglo da bolje razumiju kako energija čestica i ponašanje površine utječu na konačnu kvalitetu supravodljivog materijala.

Ovoga puta argon su zamijenili kriptonom. Budući da su atomi kriptona teži, tijekom sudara mogu prenijeti više količine gibanja na atome tantala. Istraživači su pretpostavili da će atomi tantala zbog toga s mete izlaziti s većom energijom te da će se na silicijskoj podlozi moći formirati poželjna kristalna struktura čak i kada je sama podloga mnogo hladnija. Eksperiment je pokazao upravo to. Temperatura potrebna za dobivanje odgovarajućeg tantala spuštena je na oko 200 stupnjeva Celzija. Time se, prema istraživačima, otvara znatno širi proizvodni prozor i postupak postaje kompatibilniji s opremom kakva već postoji u mnogim pogonima za izradu poluvodiča.

To je važan detalj jer kvantna računala ne trebaju samo dobre qubite. Ako ih jednog dana želimo proizvoditi u velikim procesorima, postupak mora biti ponovljiv, dovoljno robustan i izvediv na strojevima koji se mogu koristiti u industrijskom okruženju. Tehnologija koja zahtijeva vrlo uzak raspon uvjeta ili posebnu opremu može izvrsno funkcionirati u istraživačkom laboratoriju, ali postati veliki problem kada treba proizvesti tisuće ili milijune struktura.

Rezultati nisu bili zanimljivi samo zbog niže temperature. Dobiveni filmovi tantala pokazali su i znatno veću električnu vodljivost, dok su uređaji napravljeni od tih filmova pokazali vrlo visoku kvalitetu. Autori rada zato smatraju da ova metoda istodobno napreduje na dva područja koja su inače često u sukobu: performansama materijala i njegovoj praktičnoj proizvodnji.

Upravo je mogućnost povećanja proizvodnje jedan od glavnih problema cijele industrije kvantnog računalstva. Napraviti nekoliko izvrsnih qubita nije isto što i izgraditi procesor s ogromnim brojem qubita koji se ponašaju dovoljno slično da bi cijeli sustav mogao pouzdano raditi. Svaki dodatni proizvodni korak, nečistoća ili mikroskopski defekt može povećati gubitke i skratiti vrijeme tijekom kojeg qubit može zadržati kvantnu informaciju.

Kod supravodljivih kvantnih računala qubiti se izrađuju od električnih sklopova koji pri vrlo niskim temperaturama koriste supravodljivost i kvantne efekte. Jedna od njihovih ključnih komponenti je Josephsonov spoj, struktura u kojoj su dva supravodljiva materijala odvojena vrlo tankim izolacijskim slojem. Takav spoj omogućuje kvantno tuneliranje i daje sklopu nelinearna svojstva potrebna da bi se mogao ponašati kao qubit.

Cornellov tim ustanovio je da su njihovi uređaji postali dovoljno kvalitetni da sada čak i vrlo male promjene u izradi Josephsonova spoja mogu napraviti vidljivu razliku u performansama. Fatemi je objasnio da takvi detalji prije nisu nužno bili toliko očiti jer su drugi izvori gubitaka bili dominantniji. Kada se kvaliteta ostatka uređaja dovoljno poveća, problemi koji su prije bili skriveni počinju izlaziti na površinu.

To je zapravo dobar pokazatelj koliko je područje napredovalo. Kada istraživači uklone jedan veliki izvor problema, sljedeća ograničenja postaju mjerljiva i mogu se zasebno poboljšavati. U ovom slučaju poboljšavanje tankog sloja tantala omogućilo je timu da preciznije vidi koliko završne karakteristike qubita ovise o vrlo suptilnim detaljima Josephsonova spoja.

Sam tantal nije novost u kvantnom računalstvu. Ranija istraživanja već su pokazala da može biti vrlo dobar materijal za supravodljive kvantne uređaje, prije svega zbog stabilnosti njegove površine. Novi rad pokušava riješiti drugi dio problema, odnosno kako takav materijal proizvoditi u uvjetima koji imaju više smisla iz perspektive budućih poluvodičkih tvornica.

Zbog toga je važno ne pretjerivati s tvrdnjom da će kripton sada “riješiti kvantna računala”. Ovaj rad ne predstavlja novi tip kvantnog računala niti znači da će zbog njega komercijalni kvantni procesori odjednom postati dostupni. Radi se o napretku u proizvodnji jednog od materijala koji bi mogao biti važan za određene vrste supravodljivih kvantnih čipova.

Njegova vrijednost je upravo u tome što pogađa problem koji postaje sve važniji kako tehnologija sazrijeva. Kvantni procesori ne mogu zauvijek ostati uređaji koje je moguće uspješno napraviti samo u specijaliziranom laboratoriju uz vrlo osjetljive postupke. Za ozbiljnu komercijalizaciju morat će se približiti pouzdanosti i ponovljivosti današnje poluvodičke industrije.

Spuštanje temperature sa više od 400 na približno 200 stupnjeva Celzija zato nije samo brojka. Olszewski je objasnio da mnoge postojeće proizvodne linije jednostavno nisu projektirane za procese koji značajno prelaze 400 stupnjeva, dok je stari postupak s tantalom bio gotovo na samoj granici njihovih mogućnosti. Korištenjem kriptona stvoren je mnogo širi prostor u kojem se proces može pouzdanije provoditi.

Dodatna prednost je što se sve radi na siliciju, materijalu na kojem počiva današnja industrija mikroelektronike. To ne znači da se novi kvantni čipovi mogu jednostavno početi proizvoditi na istoj liniji na kojoj nastaju procesori za mobitele ili računala, ali kompatibilnost s poznatim podlogama i nižim temperaturama uklanja barem dio prepreka koje bi inače otežavale buduće povećavanje proizvodnje.

Rad je predvodio Olszewski, a među autorima su istraživači Cornella i suradnici iz drugih institucija. Istraživanje je koristilo Cornellove nanotehnološke i materijalne istraživačke kapacitete, a financijsku potporu dali su američki Microelectronics Commons Program i Air Force Office of Scientific Research.

Studija je objavljena u Nature Materials pod naslovom “Krypton-sputtered tantalum films for scalable high-performance quantum devices”. Rad je zaprimljen u prosincu 2025., prihvaćen 21. srpnja ove godine i službeno objavljen 18. kolovoza.

Istraživači sada imaju dokaz da relativno jednostavna promjena u procesu može napraviti veliku razliku. Umjesto traženja potpuno novog materijala ili potpuno nove metode proizvodnje, zamijenili su argon kriptonom i time promijenili energiju kojom se tantal taloži na siliciju.

Takva otkrića možda nemaju isti spektakularni prizvuk kao najave računala s milijun qubita, ali upravo bi ona mogla odlučivati koliko će kvantna tehnologija jednog dana biti stvarno proizvodiva. Ako budući procesori trebaju tisuće ili milijune pouzdanih komponenti, svako povećanje tolerancije proizvodnog procesa postaje iznimno važno.

Za sada je riječ o istraživačkom rezultatu, a ne o gotovoj industrijskoj tehnologiji. No Cornellov tim pokazao je da tantal, jedan od perspektivnijih materijala za supravodljive kvantne uređaje, više ne mora nužno zahtijevati temperature koje predstavljaju ozbiljan problem za postojeću proizvodnu infrastrukturu.

A rješenje je stiglo iz prilično neočekivanog smjera. Kripton, plemeniti plin koji se već koristi u različitim industrijskim i znanstvenim postupcima, mogao bi postati još jedan mali, ali važan sastojak u utrci za izgradnju praktičnog kvantnog računala.

---

Analiza vjerodostojnosti, senzacionalizma i stvarnog potencijala

1. Vjerodostojnost: gotovo sve je točno

Nakon provjere izvornih izvora (arXiv preprint, službeno priopćenje Sveučilišta Cornell i članak u časopisu Nature Materials), vijest je izuzetno vjerodostojna i tehnički precizna. Evo potvrde ključnih tvrdnji:

Tvrdnja u članku	Status	Izvor
Istraživači s Cornella (Valla Fatemi, Maciej Olszewski)	✅ Točno	Lead author je postdoktorand Maciej W. Olszewski, Ph.D. ’26; projekt vodi prof. Valla Fatemi
Objavljeno 18. kolovoza 2026. u Nature Materials	✅ Točno	“The findings published Aug. 18 in Nature Materials”
Zamjena argona kriptonom u sputtering postupku	✅ Točno	“changing the sputter gas from argon (Ar) to krypton (Kr)”
Temperatura spuštena s >400°C na ~200°C	✅ Točno	“substrate temperatures exceeding 400°C” → “as low as 200°C”
Bolja električna vodljivost filmova	✅ Točno	“substantially higher electronic conductivity”
Tantal na silicijskoj podlozi	✅ Točno	“BCC Ta synthesis on silicon (Si)”
Financiranje: Microelectronics Commons Program i Air Force Office of Scientific Research	✅ Točno	“supported by the Microelectronics Commons Program…and the U.S. Air Force Office of Scientific Research”
Kvaliteta qubita: “world-leading edge”	✅ Točno	Fatemi: “We’re right at the world-leading edge”
Median quality factor do 14 milijuna	✅ Točno	“achieving a median quality factor up to 14 million”

Jedina manja nepreciznost: članak navodi da je rad “zaprimljen u prosincu 2025.”  arXiv preprint je zapravo objavljen 27. siječnja 2026., a prihvaćen za Nature Materials 21. srpnja 2026. To je tehnička sitnica koja ne utječe na bit.

2. Senzacionalizam: minimalan , članak je primjer odgovornog znanstvenog novinarstva

Često kada mediji pišu o kvantnim računalima, naslovi su puni superlativa (“Revolucija!”, “Kvantno računalo je stiglo!”, “Google/IBM rješavaju sve!”). Ovdje toga gotovo i nema.

Ključni elementi odgovornog pristupa u ovom članku:

• Samoregulacija: Autor izravno piše: “Zbog toga je važno ne pretjerivati s tvrdnjom da će kripton sada ‘riješiti kvantna računala’. Ovaj rad ne predstavlja novi tip kvantnog računala niti znači da će zbog njega komercijalni kvantni procesori odjednom postati dostupni.”
• Kontekstualizacija: Naglašava da je riječ o proizvodnom problemu, a ne o novom qubit dizajnu.
• Realistično ocjenjivanje: Umjesto spektakularnih najava milijuna qubita, članak ističe da je ovo “mali, ali važan sastojak”, što je točno.

Jedini element koji može zvučati senzacionalistički je naslov “Neočekivani plin mogao bi pomoći u izradi boljih kvantnih računala”, ali čak i to je relativno umjereno. Riječ je o plemenitom plinu koji se dosad nije koristio u ovom kontekstu, pa je “neočekivani” opravdano.

3. Tehnološki hype? Ne, ali treba razumjeti što ovo JEST, a što NIJE

Ovo nije hype u smislu lažne najave ili preuveličavanja. Studija je objavljena u vrhunskom časopisu Nature Materials, rezultati su reproducirani i mjerljivi, i tim izravno navodi konkretne brojeve (temperatura, vodljivost, quality factor).

Međutim, važno je razlikovati:

Što članak JEST	Što članak NIJE
Napredak u materijalnoj znanosti i nano-fabricaciji	Novi tip kvantnog računala
Bolja metoda za taloženje jednog materijala (tantala) na silicij	Rješenje za sve proizvodne probleme kvantnih čipova
Korak prema kompatibilnosti s postojećim poluvodičkim pogonima	Gotova industrijska tehnologija spremna za masovnu proizvodnju
Poboljšanje jednog sloja u složenom uređaju	Čarobni sastojak koji “pokreće” kvantna računala

Fizika iza otkrića je elegantno jednostavna: Kripton je teži od argona (atomska masa ~84 vs ~40). Kada ionizirani kripton bombardira metu od tantala, prenosi više količine gibanja (momenta), što “izbacuje” atome tantala s većom energijom. Ti energičniji atomi, čak i na hladnijoj podlozi (~200°C), imaju dovoljno energije da se uređuju u ispravnu kristalnu strukturu (α-Ta, body-centered cubic)  strukturu koja je neophodna za vrhunske supravodljive osobine. To nije “čarolija”  to je primjena osnovnih zakona fizike (zakon očuvanja količine gibanja) na praktični inženjerski problem.

4. Stvarni potencijal: značajan, ali u uskoj niši

Da bismo razumjeli potencijal, moramo znati kontekst:

Zašto je tantal uopće zanimljiv?
Tantal (Ta) je posljednjih godina postao jedan od najperspektivnijih materijala za supravodljive kvantne uređaje – posebno za tzv. transmon qubite. Google, IBM i brojni drugi istraživački timovi pokazali su da tantalovi qubiti i mikrovalni rezonatori postižu izuzetno duge koherentne vremena (qubit “zadržava” informaciju duže). Problem je bio upravo proizvodnja: standardno taloženje tantala zahtijeva >400°C, što je na granici (ili izvan) mogućnosti standardnih poluvodičkih pogona, posebno za back-end-of-line (BEOL) procese gdje se temperature obično moraju držati ispod 400°C, a idealno ispod 200°C.

Što ovaj rad konkretno donosi?

Parametar	Prije (argon)	Sada (kripton)	Značaj
Temperatura podloge	>400°C	~200°C	Kompatibilnost s BEOL standardima
Kristalna faza	Loša pri niskim T	Ispravna α-Ta čak i pri 200°C	Očuvane supravodljive osobine
Električna vodljivost	Standardna	“Substantially higher”	Čišći materijal, manji gubici
Qubit quality factor	Varijabilno	Do 14 milijuna	Vrhunska koherentnost

Ograničenja koje treba imati na umu:

• Samo je jedan sloj: Kvantni čipovi imaju desetke slojeva, metalizacije, izolatore, Josephsonove spojeve, kontrolne vodove. Tantal je važan, ali nije jedini materijal.
• Josephsonov spoj je i dalje kritičan: Fatemi izravno navodi da su njihovi uređaji sada toliko dobri da su čak i male promjene u izradi Josephsonova spoja vidljive u performansama. To znači da je sljedeći uski grlo upravo spoj, ne samo tantal.
• Kripton je skuplji od argona: Plemeniti plinovi su skupi, a kripton je znatno rjeđi i skuplji od argona. Za masovnu proizvodnju to može biti značajan trošak, iako je u kontekstu poluvodičke proizvodnje cijena plina obično zanemariva u odnosu na ostale troškove.
• Akademski laboratorijski rezultat: Iako Cornell ima izvrsne nanotehnološke kapacitete, prijelaz na industrijsku skalu (pogon koji proizvodi tisuće wafera dnevno) nije trivijalan.

Zaključna ocjena

Aspekt	Ocjena
Vjerodostojnost članka	⭐⭐⭐⭐⭐ Odlična — tehnički precizan, dobro citiran
Senzacionalizam	⭐⭐⭐⭐⭐ Minimalan — članak sam sebe korigira
Hype	⭐⭐⭐⭐☆ Nema lažnog hypea, ali treba kontekst
Stvarni znanstveni značaj	⭐⭐⭐⭐⭐ Značajan za superconducting quantum computing
Komercijalni potencijal (kratkoročni)	⭐⭐⭐☆☆ Ograničen — još uvijek istraživački nivo
Komercijalni potencijal (dugoročni)	⭐⭐⭐⭐☆ Značajan — otvara put skalabilnijoj proizvodnji Ta qubita

Konačna presuda: Ovo je pravo, solidno, peer-reviewed otkriće koje rješava praktičan inženjerski problem u jednoj od najperspektivnijih platformi za kvantno računanje (superconducting transmon qubiti). Nije revolucija koja će “pokrenuti” kvantna računala preko noći, ali je upravo onakav “mali, ali važan” korak koji omogućuje da tehnologija jednog dana izađe iz laboratorija. Članak koji je podijeljen može se  slobodno citirati rijetko je da medijski prikaz znanstvenog rada bude ovako točan i samokritičan.

---

---

Možda će Vas zanimati:

• Usporedna analiza troškova hlađenja podatkovnih centara
• Provjera vijesti: Matične ploče poskupljuju 50 % – senzacija ili istina?
• Dijamantni kompozit: kineski znanstvenici u Nature Synthesis
• AOC Q27G4ZD je OLED koji je teško nadmašiti
• Zašto je voda važna za naš organizam?
• Digitalna demencija – zasloni i mozak
• Liječenje vodom – 8 napitaka za detoks, imunitet i ljepotu