Packaging quantique
Assemblage multi-puces de processeur quantique et puces de contrôle
Avec ce démonstrateur, le CEA-Leti démontre la co-intégration de l’électronique de contrôle avec un circuit quantique : un élément primordial pour la mise à l’échelle des qubits. Un interposeur en silicium est utilisé pour connecter les circuits de contrôle et de lecture à la puce qubit. Les différents circuits sont hybridés à l’interposeur par des techniques de flip-chip. Le routage dans l’interposeur est assuré par des interconnexions supraconductrices, offrant des solutions pour la gestion thermique du système, en particulier pour protéger les qubits de l’échauffement des circuits de contrôle.
Le cryopakaging de ce démonstrateur est réalisé grâce à un boitier en cuivre permettant de le thermaliser par rapport au cryostat et de le protéger des perturbations électrostatiques de l’environnement de mesure.
Applications
Ce démonstrateur propose une plateforme d’intégration compatible avec tout type de qubits, quels que soient les matériaux ou technologies utilisés. Le CEA-Leti conçoit et fabrique des interposeurs spécifiques pour répondre aux exigences des différents qubits et systèmes associés. Par exemple, l’interposeur peut intégrer plusieurs niveaux de routage supraconducteurs, offrant des solutions pour les signaux électriques et thermiques. Ces technologies peuvent aussi être utilisées pour l’électronique supraconductrice, certaines applications spatiales et toutes applications nécessitant des matériaux supraconducteurs. Le démonstrateur s’appuie sur des recherches du programme quantique du CEA, le projet « QuCube » (ERC Synergy Grant) et l’initiative « France 2030 » du PEPR « PRESQUILE », ainsi que le laboratoire commun avec Quobly.
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Ce qui le rend unique
L’intégration d’un routage supraconducteur multi-niveaux dans l’interposeur densifie les interconnexions entre les puces du système. Cela apporte également des solutions pour optimiser le transport des signaux haute fréquence et permet l’intégration monolithique de composants passifs pour le filtrage des signaux et le contrôle des qubits. Différentes techniques d’hybridation sont accessibles pour connecter les puces. Le collage direct de plots supraconducteurs en niobium (Nb) à un pas de 7 μm, offre une alternative au billage Indium pour aller à terme vers des pas plus fins.
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La suite
Les prochains développements incluent :
- l'augmentation de la densité des interconnexions et du nombre de niveaux de routage ;
- des TSV et UBM supraconducteurs ;
- l'étude des propriétés thermiques des interconnexions et du système complet ;
- la collaboration multi-partenaires dans le cadre de l’IRT Q-LOOP.
Publications
- C. Thomas et al., Superconducting routing platform for large-scale integration of quantum technologies, Materials for Quantum Technology, 2, 035001, (2022).
- C. Thomas et al, Die-to-Wafer 3D Interconnections Operating at Sub-Kelvin Temperatures for Quantum Computation, ESTC 2020 (best paper).
- C. Thomas et al., Integration of planarized Nb-based vias to form a multi-level superconducting back-end-of-line, ECTC 2024.
- P. Renaud et al., Fine pitch Nb-Nb direct bonding for quantum applications, ECTC 2024.
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