通过铝微结构工程与介质修整实现的低损耗超导谐振器

超导电路中的材料损耗从根本上限制了量子比特相干时间与谐振器品质因数。多数研究努力集中于缓解电路界面的损耗，包括金属—衬底、衬底—空气和金属—空气界面。然而，TLS 与非 TLS 损耗与超导金属本征性质以及介质边缘光滑度的关联尚缺乏充分研究。本工作中，我们将铝膜晶粒尺寸与非 TLS 损耗相联系，将介质修整轮廓与粗糙度与 TLS 损耗相联系；随后两种损耗机制均被缓解。为降低金属相关损耗，我们通过沉积时加热来工程化铝微结构，增大晶粒尺寸并降低晶界密度。除缓解金属损耗外，我们引入两步刻蚀技术 Tropic etching，通过产生具有最小缺陷和再沉积的超光滑硅表面来抑制介质 TLS 损耗。这些结果铺就了更低损耗铝谐振器的制备路径，展示了品质因数从 $6\times10^{4}$ 到 $2.3\times10^{6}$ 的两个数量级提升。由于铝是大多数高相干 Josephson 结的基础且介质边缘是所有常见器件几何结构固有的，此处提出的铝微结构与边缘轮廓改善可增强超导量子器件性能。