主动伽马射线辐照下超导量子比特的准粒子中毒

当高能粒子（如 $\gamma$ 射线或缪子）撞击超导量子比特芯片的基底时，会产生大量电子-空穴对和声子。随之而来的电子与空穴的动力学改变了撞击点附近量子比特的局部偏置电荷环境。所产生的声子具有高于构成量子比特薄膜中超导能隙的能量，当声子撞击量子比特电极时，会导致在超导基态之上产生准粒子激发。准粒子密度的升高会降低量子比特的相干性，导致量子比特阵列中出现错误。由于这些破坏库珀对的声子会扩散到芯片的大部分区域，错误可能在整个阵列的很大一部分中相关联，这对量子纠错构成了重大挑战。为了研究 $\gamma$ 射线撞击对超导量子比特阵列的动力学影响，我们使用稀释制冷机外部的 $\gamma$ 射线源对器件进行可控辐照。通过使用电荷敏感 transmon 量子比特，我们能够测量在不同剂量下由 $\gamma$ 辐射引起的偏置电荷偏移和准粒子中毒。我们研究了阵列中不同量子比特的偏置电荷偏移与准粒子中毒之间的相关性，并将其与 $\gamma$ 射线撞击后电荷和声子动力学的数值建模进行了比较。由此，我们表征了这些撞击的中毒足迹，并量化了用于缓解声子介导的准粒子中毒结构的性能。