硅基超导器件中界面压电效应的观测

超导量子处理器的发展受降低误差和扩展容错计算规模的需求所驱动。降低物理量子比特误差率需要在超导量子比特退相干机制的微观建模与控制方面取得进一步进展。压电相互作用通过介导微波光子与声学声子之间的能量交换而导致退相干。硅和蓝宝石等中心对称材料不显示压电性，是超导量子比特的首选衬底。然而，材料界面处中心对称性的破坏可能导致量子比特中的压电损耗。尽管这种损耗机制在二十年前已被预测，但超导器件中的界面压电效应尚未被实验观测到。在此，我们报告在铝-硅结处观测到的界面压电效应，并表明它构成了超导器件的一个重要损耗通道。我们在硅上制备了铝叉指表面声波换能器，并展示了从室温到毫开尔文温度的压电换能。我们发现有效机电耦合系数为 $K^2\approx 2 \times 10^{-5}\%$，与弱压电衬底相当。我们对测得的界面压电响应对超导量子比特的影响进行建模，发现对于具有不同表面参与比和机电模式匹配的设计，压电表面损耗通道将量子比特品质因子限制在 $Q\sim10^4-10^8$。这些结果确定了机电表面损耗是超导量子比特的重要耗散通道，并表明需要异质结和声子工程来最小化下一代超导量子比特的误差。