本研究開発テーマは、シリコン量子コンピュータの大規模集積化のための極低温回路実装基盤技術を担っています。この研究開発テーマの達成により、多数のシリコン量子ビットの高精度制御や高密度実装が可能となり、プロジェクトの目指す大規模集積シリコン量子コンピュータの開発、ムーンショット目標６で目指す誤り耐性型汎用量子コンピュータの実現に貢献します。
達成に向けて、次の３つの挑戦的テーマに取り組んでいます。まずは、希釈冷凍機内部から量子ビットを制御する極低温回路において、多数の量子ビット制御を可能にする小型・低電力アナログ回路を開発します（課題４－１）。また、希釈冷凍機内に量子ビットを格納する実装技術において、量子ビットチップとそのインターフェース機能をインターポーザ上に集積する斬新なパッケージ開発に取り組みます（課題４－２）。さらに、量子ビットの精度に影響を与える環境ノイズを監視し、制御回路にフィードバックする極低温環境モニタリング手法を確立します（課題５）。

• ①量子ビット制御用の極低温制御チップを開発
• ②量子チップを積層するパッケージング技術を開発
• ③量子チップ周辺環境をモニタリングする回路技術を開発

上記において、①ではシリコン量子ビットを希釈冷凍機の４Ｋステージから制御するためのチップ（バージョン２）を開発しました。量子ビットのバイアス制御電圧を生成する16ビット極低温ＤＡ変換回路と、チップ内部で信号を観測する11ビット極低温ＡＤ変換回路を設計し、それぞれ４Ｋの温度で正常動作することを確認しました。ＤＡ変換回路では新規補正技術により、小面積を維持したまま、線形性の向上を達成しています。これにより、59チャネルの高分解能バイアス生成回路を１チップに集積しました。また、極低温ＡＤ変換機を活用することで、ＲＦ生成回路で発生する信号の精度を改善することも確認しています。

②では、シリコン量子ビットチップの極低温パッケージング技術を開発しました。シリコン量子ビットチップをインターポーザ上にフリップチップ実装したマルチチップパッケージを試作し、断熱消磁冷凍機を用いて極低温構造評価を実施するとともに、インターポーザを用いた量子ビットの特性評価を進めています。また、シリコンインターポーザに貫通シリコンビア(ＴＳＶ)を形成し、効率的な信号引き出しと排熱を両立するパッケージング構造の実現に向けてウエハの製造加工を進めています。
③では、量子ビット近傍の温度、電源基板ノイズ、制御信号波形など、量子ビットの制御精度に影響を与える環境ノイズを取得する極低温センサー回路を開発しました。超低消費電力ＡＤ変換器をインターポーザ上に搭載し、シリコン量子ビットと同じ100mKの極低温において動作することを確認しました。