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3D integration of superconducting quantum systems – part 1: 3-tier design and connectivity

ORAL

Abstract

We describe a 3D-integrated 3-tier stack architecture for superconducting quantum circuits to enable enhanced connectivity while preserving qubit coherence. The top tier is fabricated using dielectric-free (single-layer) processing that supports high qubit coherence; the bottom tier has multiple superconducting metal layers coupled via interconnects through oxide layers for advanced DC and RF signal routing;; and an intermediate interposer tier is bump-bonded to the other two to provide spatial separation between them while achieving electrical connectivity through the full stack using superconducting through-silicon vias (TSVs) and indium bumps. Robust, high-yield connectivity between the three tiers is confirmed using metal chains with thousands of links that traverse the three tiers.

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Presenters

  • Jonilyn Yoder

    MIT Lincoln Laboratory, MIT Lincoln Lab, Research Laboratory of Electronics, Massachusetts Institute of Technology, Lincoln Laboratory, MIT, MIT - Lincoln Laboratory, Massachusetts Institute of Technology MIT

Authors

  • Jonilyn Yoder

    MIT Lincoln Laboratory, MIT Lincoln Lab, Research Laboratory of Electronics, Massachusetts Institute of Technology, Lincoln Laboratory, MIT, MIT - Lincoln Laboratory, Massachusetts Institute of Technology MIT

  • Cyrus Hirjibehedin

    MIT Lincoln Laboratory, Lincoln Laboratory, MIT, MIT - Lincoln Laboratory

  • Donna-Ruth Yost

    MIT Lincoln Lab, MIT Lincoln Laboratory, Lincoln Laboratory, MIT, MIT - Lincoln Laboratory

  • Justin L Mallek

    MIT Lincoln Lab, MIT Lincoln Laboratory, Lincoln Laboratory, MIT, MIT - Lincoln Laboratory

  • Danna Rosenberg

    MIT Lincoln Laboratory, MIT Lincoln Lab, Lincoln Laboratory, MIT, MIT - Lincoln Laboratory

  • Mollie Schwartz

    MIT Lincoln Laboratory, MIT Lincoln Lab, Lincoln Laboratory, MIT, MIT - Lincoln Laboratory

  • Rabindra Das

    MIT Lincoln Lab, MIT Lincoln Laboratory, Lincoln Laboratory, MIT, MIT - Lincoln Laboratory

  • Vladimir Bolkhovsky

    MIT Lincoln Laboratory, Lincoln Laboratory, MIT, MIT - Lincoln Laboratory

  • Alexandra L Day

    Lincoln Laboratory, MIT, MIT - Lincoln Laboratory

  • Evan Golden

    MIT Lincoln Lab, Lincoln Laboratory, MIT

  • Thomas Hazard

    MIT Lincoln Laboratory, MIT Lincoln Lab, Department of Electrical Engineering, Princeton University, Lincoln Laboratory, MIT, MIT - Lincoln Laboratory

  • David K Kim

    MIT Lincoln Lab, MIT Lincoln Laboratory, Lincoln Laboratory, MIT, MIT - Lincoln Laboratory, Massachusetts Institute of Technology MIT

  • Jeffrey M Knecht

    MIT Lincoln Lab, MIT Lincoln Laboratory, Lincoln Laboratory, MIT, MIT - Lincoln Laboratory

  • Alexander Melville

    MIT Lincoln Lab, MIT Lincoln Laboratory, Lincoln Laboratory, MIT, MIT - Lincoln Laboratory

  • Bethany Niedzielski

    MIT Lincoln Laboratory, MIT Lincoln Lab, Lincoln Laboratory, MIT, MIT - Lincoln Laboratory, Massachusetts Institute of Technology MIT

  • Meghan Purcell-Schuldt

    Lincoln Laboratory, MIT, MIT - Lincoln Laboratory

  • Ravi Rastogi

    MIT Lincoln Laboratory, Lincoln Laboratory, MIT, MIT - Lincoln Laboratory

  • Kyle Serniak

    MIT Lincoln Lab, MIT Lincoln Laboratory, MIT-Lincoln Lab, Lincoln Laboratory, MIT, MIT - Lincoln Laboratory

  • Steven Weber

    MIT Lincoln Laboratory, MIT Lincoln Lab, Lincoln Laboratory, MIT, MIT - Lincoln Laboratory

  • Wayne Woods

    MIT Lincoln Lab, MIT Lincoln Laboratory, Lincoln Laboratory, MIT, MIT - Lincoln Laboratory

  • Scott Zarr

    MIT Lincoln Laboratory, Lincoln Laboratory, MIT, MIT - Lincoln Laboratory

  • Andrew James Kerman

    MIT Lincoln Laboratory, MIT Lincoln Lab, Lincoln Laboratory, MIT, MIT - Lincoln Laboratory

  • William Oliver

    MIT Lincoln Laboratory, Research Laboratory of Electronics, Massachusetts Institute of Technology, Research Laboratory of Electronics, MIT Lincoln Laboratory, Department of Electrical Engineering and Computer Science, MIT Research Laboratory of Electronics, MIT Lincoln Laboratory, MIT Department of Electrical Engineering and Computer Science, Massachusetts Institute of Technology MIT, Massachusetts Institute of Technology, Department of Electrical Engineering and Computer Science, Massachusetts Institute of Technology, Research Laboratory of Electronics, Massachusetts Institute of Technology, MIT Lincoln Laboratory, MIT, MIT, MIT Lincoln Lab, MIT Lincoln Lab, MIT Lincoln Lab, Massachusetts Institute of Technology, Research Laboratory of Electronics, Department of Electrical Engineering and Computer Science, and Department of Physics, Massachusetts Institute of Technology. MIT Lincoln L, Department of Physics, Department of Electrical Engineering & Computer Science, Research Laboratory of Electronics, MIT Lincoln Laboratory, Massachusetts Institute of Technol, Lincoln Laboratory, Research Laboratory of Electronics, and Department of Electrical Engineering & Computer Science, MIT