通过原子层刻蚀和沉积提高铝基超导量子比特的寿命

我们提出了一种结合原子层刻蚀和沉积（ALE和ALD）的干法表面处理，以减轻完全制备好的、由硅上铝薄膜形成的超导量子器件中的介电损耗。该处理在器件封装前的最后一步进行，首先通过ALE共形去除暴露表面的原生金属氧化物和制备残留物，然后使用ALD原位用薄介电层封装金属表面。我们测量到，在处理过的铝基谐振器和平面transmon量子比特中，由二能级系统（TLS）吸收引起的损耗降低了两倍。具有紧凑电容极板和间隙的处理过的transmon量子比特的中值$Q$和$T_1$值分别达到$3.69 \pm 0.42 \times 10^6$和$196 \pm 22$~$\mu$s。这些改进可持续数月。我们讨论了ALE和ALD的组合如何逆转制备引起的表面损伤，通过降低电容元件中的TLS缺陷密度，显著且持久地提高器件性能。