通过声子散射缓解超导量子比特中的准粒子损耗

量子纠错将是实现容错量子计算的关键要素。然而，大多数纠错方案依赖于错误在时空上充分不相关的假设。在超导量子比特中，当存在电离辐射时该假设被严重破坏，电离辐射在衬底中产生爆发式的高能声子。这些声子可在超导体中破坏库珀对，从而在大面积上产生准粒子，进而以相关方式降低整个量子器件中的量子比特相干性。一种潜在的缓解技术是在器件上放置大体积的正常或超导金属，能够将声子能量降低到低于量子比特的超导能隙。为研究该方法的有效性，我们制备了一个具有四个标称相同的基于纳米线的 transmon 量子比特的量子器件。在该器件中，铌钛氮化物接地平面的一半被铝（Al）替代，铝的超导能隙显著更低。我们通过偏置一个电学隔离的约瑟夫森结确定性地向衬底注入高能声子。在存在低能隙材料的情况下，我们发现注入依赖的量子比特寿命退化减少了 2-5 倍，并观察到不期望的激发量子比特态布居以类似倍数得到缓解。我们进一步用磁场使铝变为正常态，发现声子保护无变化。这表明我们器件中保护的有效性不受铝接地平面超导能隙大小的限制。我们的结果为保护超导量子比特处理器免受电离辐射的相关错误提供了有前景的基础。