![]() |
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
Интеллектуальная Система Тематического Исследования НАукометрических данных |
||
Развитие квантовых вычислений на сверхпроводниках приводит к необходимости увеличения количества физических кубитов и, как следствие, увеличению размера чипа. Существуют технологии управления кубитами с использованием сверхпроводниковой электроники [1], размещаемой на чипе. Для повышения компактности квантовых чипов и размещения всех кубитов вместе с управляющей электроникой необходим переход от двухмерных структур к трёхмерным [2]. Одним из способов, позволяющих достичь этого, является технология флип-чип [3]. Данная технология основана на соединении двух кремниевых чипов проводящими соединениями (бампами). В настоящей работе была продемонстрирована технология флип-чип со сверхпроводящими бампами на примере изготовления сверхпроводящих высокодобротных резонаторов. Подобные резонаторы незаменимы для считывания состояния сверхпроводниковых кубитов [4], а также являются основным элементом конструкции параметрических усилителей [5], позволяющих считывать слабые микроволновые сигналы с наименьшим шумом, допускаемым квантовой механикой. В качестве материала для создания бампов был выбран индий, который является перспективным для применения в технологии флип-чип для квантовых вычислений вследствие его сверхпроводящих свойств (T_C = 3.6 K), пластичности, стабильности при криогенных температурах, высокой электро- и теплопроводности, а также способности проводить высокочастотные импульсы [6-9]. Нижний чип содержит копланарную микроволновую линию с контактными площадками для подключения (вход и выход). Остальная площадь чипов покрыта земляным полигоном. Верхний чип содержит сверхпроводящие резонаторы. На обоих чипах расположены площадки для адгезии индиевых бампов, электрически связанные с земляным полигоном. Индий наносился на площадки методом термического вакуумного испарения, а перед совмещением плавился в муравьиной кислоте. Диаметр индиевых бампов был ~80 мкм. Совмещение чипов осуществлялось с использованием установки Finetech Fineplacer lambda 2. Для точного совмещения на обоих чипах были нанесны специальные метки. При измерении на резонансных частотах наблюдаются падения в пропускании, свидетельствующие о переходе фотонов из линии в резонатор. Измерение проводилось в криостате растворения при температуре 30 мК с использованием векторного анализатора цепей Keysight PNA-L. Все измеренные резонаторы были успешно приближены моделью резонатора типа Notch port (резонатора, закорачивающего копланарную линию) [10], что подтверждает их корректное функционирование. Также была проведена симуляция работы чипа с использованием программного обеспечения Keysight Advanced Design System (ADS). С помощью симуляции было показано, что фактическое расстояние между чипами составляет 3 мкм. Таким образом, было продемонстрировано успешное применение технологии флип-чип для изготовления сверхпроводниковых микроволновых устройств, применяемых в квантовых вычислениях. Следующим этапом планируется размещение на верхнем чипе генератора для возбуждения кубитов (например, как в [11]), что позволит снизить количество комнатной электроники и уменьшить число микроволновых линий, ведущих к кубиту. [1] Liu C. H. et al. Single flux quantum-based digital control of superconducting qubits in a multi-chip module //arXiv preprint arXiv:2301.05696. – 2023. [2] Rosenberg D. et al. 3D integrated superconducting qubits //npj quantum information. – 2017. – Т. 3. – №. 1. – С. 42. [3] Conner C. R. et al. Superconducting qubits in a flip-chip architecture //Applied Physics Letters. – 2021. – Т. 118. – №. 23. [4] Blais A. et al. Cavity quantum electrodynamics for superconducting electrical circuits: An architecture for quantum computation //Physical Review A. – 2004. – Т. 69. – №. 6. – С. 062320 [5] Macklin C. et al. A near–quantum-limited Josephson traveling-wave parametric amplifier //Science. – 2015. – Т. 350. – №. 6258. – С. 307-310. [6] Kaplan S. B., Dotsenko V., Tolpygo D. High-speed experimental results for an adhesive-bonded superconducting multi-chip module //IEEE transactions on applied superconductivity. – 2007. – Т. 17. – №. 2. – С. 971-974. [7] Tolpygo S. K. et al. Wafer bumping process and inter-chip connections for ultra-high data transfer rates in multi-chip modules with superconductor integrated circuits //IEEE transactions on applied superconductivity. – 2009. – Т. 19. – №. 3. – С. 598-602. [8] Hashimoto Y., Yorozu S., Miyazaki T. Transmission of single-flux-quantum pulse between superconductor chips //Applied Physics Letters. – 2005. – Т. 86. – №. 7. [9] Narayana S. et al. Design and testing of high-speed interconnects for superconducting multi-chip modules //Superconductor Science and Technology. – 2012. – Т. 25. – №. 10. – С. 105012. [10] Probst S. et al. Efficient and robust analysis of complex scattering data under noise in microwave resonators //Review of Scientific Instruments. – 2015. – Т. 86. – №. 2. [11] Yan C. et al. A low-noise on-chip coherent microwave source //Nature Electronics. – 2021. – Т. 4. – №. 12. – С. 885-892.