用于高质量硅/铝超导谐振器的衬底表面工程

具有长相干时间的量子比特（qubit）是实现中大规模量子计算机的重要元件。对于超导平面量子比特，可通过研究超导平面谐振器来理解和提升量子比特质量。在本文中，我们制备并表征了由沉积在硅衬底上的铝薄膜制成的共面波导谐振器。在铝沉积前，我们进行了三种不同的衬底处理：一种基于氢氟酸清洗的化学处理，一种由高真空中880摄氏度热退火组成的物理处理，以及一种包含化学与物理处理的组合处理。我们首先通过横截面隧穿电子显微镜表征所制备的样品，获取样品横截面的电子能量损失谱图。这些测量表明，化学和物理处理均几乎完全去除了衬底表面的本征氧化硅，且二者结合得到了最洁净的界面。然后我们在“量子区间”通过微波测量研究谐振器质量，即温度T~10 mK且平均微波光子数$\langle n_{\textrm{ph}} \rangle \sim 1$。在此区间，我们发现两种表面处理均独立地改善了谐振器的本征品质因子，且组合处理获得了最高品质因子，$Q_{\textrm{i}} \sim 0.8$百万。最后，我们发现TLS品质因子在3小时时间段内平均值为$\sim 3$百万（在$\langle n_{\textrm{ph}} \rangle \sim 10$时），表明衬底表面工程有可能将TLS损耗降低至低于其他损耗（如准粒子和涡旋损耗）。