硅衬底外延生长全氮化物超导量子比特的相干性增强

改善超导量子比特的相干性是迈向实现容错量子计算的基本步骤。然而，由传统铝基约瑟夫森结制成的量子电路的相干时间受非晶氧化铝隧穿势垒中微观两能级系统的限制。在此，我们开发了基于硅衬底上 NbN/AlN/NbN 外延约瑟夫森结的超导量子比特，其有望克服基于 Al/AlO$_{x}$/Al 结的量子比特的缺陷。全氮化物量子比特具有诸多优势，如抗氧化化学稳定性从而减少两能级涨落、可实现降低能量弛豫与退相干的外延隧穿势垒，以及 NbN 约 5.2 meV 相较铝约 0.3 meV 更大的超导能隙，从而抑制准粒子激发。通过以带 TiN 缓冲层用于氮化物结外延生长的硅衬底替代传统 MgO，我们展示了量子比特能量弛豫时间 $T$$_{1}$=16.3 $\mu$s 与自旋回波退相干时间 $T$$_{2}$=21.5 $\mu$s。这些量子相干性的显著提升由相较于先前报道的 MgO 衬底 NbN 基量子比特（$T$$_{1}$$\approx$$T$$_{2}$$\approx$0.5 $\mu$s）更低的介电损耗所解释。这些结果是构建超导量子硬件新平台的重要一步。