融合元件 Transmon 量子比特中寄生二能级系统的研究

在传统 transmon 量子比特中，退相干主要由大量寄生二能级系统（TLS）主导，这些 TLS 位于其大面积共面分流电容器和结引线的边缘。通过改进设计、制造和材料来避免这些缺陷已被证明是一项重大挑战，迄今取得的进展有限。融合元件 transmon 量子比特（“mergemon”）是近期提出的一种 transmon 设计范式转变，试图通过将 Josephson 结设计为其自身的分流电容器来解决这些问题。由于其能量主要局限在结内，提升量子比特相干性所需的工作可以集中在结势垒上，与暴露的电路区域相比，这是一个潜在更易控制的界面。通过在原位绑带 Niemeyer-Dolan 技术中引入额外的铝沉积和氧化步骤，我们成功制备了磁通可调的 mergemon 量子比特，其平均 $T_{1}$ 弛豫时间高达 $130\mu s$（$Q \approx 3.3 \times 10^{6}$）。在施加应变和电场下的 TLS 光谱研究，结合系统性的设计变化，表明即使对于 mergemon 量子比特——尽管其占用面积显著减小且结势垒体积增加——仔细的设计考量对于避免因表面损耗导致的相干性限制仍然至关重要。