超导量子比特中铌氢化物析出相的发现
量子物理
2023-09-28 v2 材料科学
应用物理
摘要
我们报告了在 Rigetti Computing 制造的超导量子比特中，硅基底上铌膜内形成铌氢化物的首次证据。我们结合了互补技术，包括室温和低温下的原子级高分辨率透射电子显微镜与扫描透射电子显微镜（HR-TEM 和 STEM）、原子力显微镜（AFM）以及飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS），直接在 Rigetti 芯片区域揭示了铌氢化物析出相的存在。在室温和低温（约 106 K）下对超导量子比特铌膜区域进行了电子衍射和高分辨率透射电子显微镜（HR-TEM）分析，揭示了具有不同晶体取向和原子结构的三种铌氢化物畴的形成。它们的尺寸和形貌也各不相同，从铌晶粒内微小（约 5 nm）的不规则形状畴，到完全转化为铌氢化物的大尺寸（约 10-100 nm）铌晶粒。由于铌氢化物是非超导的，并且在每次冷却至低温时其尺寸和位置极易发生变化，我们的发现突出了超导量子比特中一个先前未知的退相干源，它同时导致了准粒子损耗和双能级系统（TLS）损耗，并为量子比特在冷却后性能的变化提供了潜在的解释。此外，还讨论了在超导量子比特应用中抑制铌氢化物形成的途径。
引用
@article{arxiv.2108.10385,
title = {Discovery of Nb hydride precipitates in superconducting qubits},
author = {Jaeyel Lee and Zuhawn Sung and Akshay A. Murthy and Matt Reagor and Anna Grassellino and Alexander Romanenko},
journal= {arXiv preprint arXiv:2108.10385},
year = {2023}
}