Удвоение емкости криочипов для квантовых компьютеров

Исследователи из Fraunhofer IZM в Германии разработали высокоплотный процесс криогенной электроники для квантовых компьютеров.

Команда использовала столбики индия с шагом 7,5 мкм, чтобы удвоить плотность межсоединений кубитов, охлажденных до температуры в несколько милликельвинов. Это тестируется в специальной криометрической лаборатории в Берлине.

Для чтения кубитов и управления ими требуется электронный переключатель с достаточной плотностью портов, и он должен быть термически развязан, чтобы его собственный тепловой сигнал не разрушал квантовую запутанность кубитов.

По словам доктора Германа Опперманна (Hermann Oppermann) из Фраунгоферовского института надежности и микроинтеграции IZM, современная технология соединения кубитов застряла на шаге 15 микрометров в течение нескольких лет. Его команда использовала гальваническое осаждение индия на шаге менее 7,5 микрометров.

Поскольку во время работы система должна поддерживать температуру 20 милликельвинов, ее электрические соединения могут выделять лишь незначительное количество тепловой энергии. Команде удалось нанести и структурировать сверхпроводящий ниобий и ниобиевые сплавы в виде сквозных отверстий через несколько слоев подложки в промежутках. Результатом стал носитель схемы с чрезвычайно малыми потерями, который может соединять целые массивы кубитов в режиме реального времени и интегрировать их в высокоплотные, но масштабируемые системы для квантовых вычислений.

Fraunhofer IZM создал специальную криометрическую лабораторию в Берлине как место, где можно было бы разработать эту фундаментальную технологию, протестировать подходящие материалы, оптимизировать концепции интеграции и испытать технологии сверхпроводящих межсоединений для криогенных приложений.

Лаборатория позволяет исследователям тестировать, характеризовать и оценивать электрические цепи и добиваться прогресса в технологиях интеграции для сценариев с экстремально низкими температурами. Отдельные компоненты схемы охлаждаются до 3 градусов Кельвина, чтобы проанализировать их резистивные свойства и сделать выводы об их электрических характеристиках и надежности переходных отверстий, слоев перераспределения и систем управления при криогенных температурах.

«В качестве одного из наших следующих шагов мы будем продвигать эту криогенную технологию упаковки и соединения в направлении высокочастотной технологии миллиметровых волн», — сказал д-р Опперманн.

«Мы постоянно учимся в этой области, что создает удивительный потенциал на рынке для возможных приложений, — сказал он. - Это не ограничивается квантовыми технологиями, но также открывает новые перспективы для традиционных приложений, таких как высокопроизводительные вычисления или криодатчики. Мы всегда заинтересованы в других проектах, которые могли бы извлечь выгоду из нашего опыта в области упаковочных технологий для криогенных применений».