使用超导颗粒铝实现 transmon 量子比特

颗粒铝（grAl）所提供的高动力学电感近来已被用于超导高阻抗量子比特与动力学电感探测器中的线性电感。由于其相较于典型 Josephson 结具有更大的临界电流密度、对外磁场的弹性以及低耗散，grAl 也可为强驱动量子电路、拓扑超导与混合系统提供鲁棒的非线性来源。话虽如此，grAl 的非线性是否足以构建量子比特？此处我们表明，一个由薄膜铝电容分流的小体积 grAl（$10 \times 200 \times 500 \,\mathrm{nm^3}$）产生一个微波振荡器，其非谐性 $\alpha$ 比其谱线宽 $\Gamma_{01}$ 大两个数量级，有效地形成了一个 transmon 量子比特。随着驱动功率增加，我们观测到从基态出发的若干多光子跃迁，由此提取出 $\alpha = 2 \pi \times 4.48\,\mathrm{MHz}$。对 $|0> \rightarrow |1>$ 跃迁的共振荧光测量给出内禀量子比特线宽 $\gamma = 2 \pi \times 10\,\mathrm{kHz}$，对应于 $16\,\mathrm{\mu s}$ 的寿命。该线宽在高达 $\sim70\,\mathrm{mT}$ 的面内磁场下仍低于 $2 \pi \times 150\,\mathrm{kHz}$。