钽超导电路中的损耗解耦
量子物理
2024-03-19 v1 材料科学
摘要
超导量子比特是实现大规模量子处理器的领先系统，但整体门保真度受限于由微波介电损耗所制约的相干时间。近期发现的钽基量子比特展现出超过 0.3 ms 的创纪录寿命。在此，我们对超导钽谐振器进行系统、细致的测量，以解耦限制最先进钽器件性能的损耗来源。通过研究损耗对温度、微波光子数和器件几何结构的依赖关系，我们量化了与材料相关的损耗，并观察到损耗主要由若干类可饱和的两能级系统（TLSs）主导，且有证据表明表面和体相相关的 TLSs 均对损耗有贡献。此外，我们表明表面 TLSs 可通过化学处理改变。在四种不同表面条件下，我们定量提取了与不同表面 TLS 源相关的线性吸收。最后，我们在单光子功率下（即量子比特器件性能的相关条件）量化了化学处理的影响。在此 regime 下，我们测得内品质因数在 5 到 15 x 10^6 范围内的谐振器，可与报道的最佳量子比特相媲美。在这些器件中，表面与体相 TLS 对损耗的贡献相当，表明要在两方面系统性地改进材料才能进一步提高量子比特相干性。
引用
@article{arxiv.2301.07848,
title = {Disentangling Losses in Tantalum Superconducting Circuits},
author = {Kevin D. Crowley and Russell A. McLellan and Aveek Dutta and Nana Shumiya and Alexander P. M. Place and Xuan Hoang Le and Youqi Gang and Trisha Madhavan and Nishaad Khedkar and Yiming Cady Feng and Esha A. Umbarkar and Xin Gui and Lila V. H. Rodgers and Yichen Jia and Mayer M. Feldman and Stephen A. Lyon and Mingzhao Liu and Robert J. Cava and Andrew A. Houck and Nathalie P. de Leon},
journal= {arXiv preprint arXiv:2301.07848},
year = {2024}
}