三维集成

想象一下，给一整座城市布线，而每户人家都得靠自家一条横穿地面的街道连到城边。到头来，填满地图的不是房子，而是街道。量子芯片撞上的是同一堵墙：把量子比特都塞进一个平面，控制线和读出线就全得从边缘伸进来，而边缘的增长远远赶不上面积的增长。三维集成的办法是改为向上盖楼——把处理器拆分到几片薄晶圆（也叫层）上，面对面键合起来，让信号能直接竖着穿过这叠层往下走，而不必在一个拥挤的平面上抢地方。

实际做法是，又脆弱、又需要洁净低损耗表面的量子比特住在一层上。而布线这桩比较吵闹的活——控制走线、接地回路、读出线——则搬到下面一层或几层去。各层之间用倒装焊（flip-chip）键合接合，靠一颗颗微小的铟凸点把两块芯片以微米级对准压在一起；信号则借助硅通孔（一个填了金属、笔直钻穿晶圆的孔）竖着穿过某一层。这样量子比特那一层得以保持稀疏而安静，密集的布线则藏在下面的层里，每根线都能朝下引出，而不必爬到芯片边缘。

这是应对布线瓶颈较有希望的答案之一，已经有几个团队跑起了小型的多层器件——但它远谈不上是个已经解决的问题。每一处键合、每一个通孔，都是一处新的能量损耗点，或是可能引入一个缩短量子比特寿命的杂散缺陷；键合与对准要在整片晶圆上达到微米级公差；而每多叠一层，良率都会掉得很快。三维集成买来的是成长的空间，而不是一台造好的机器，到底能可靠地叠几层，仍是一个开放的工程问题。