通过铌表面封装实现transmon量子比特相干性的系统性提升
量子物理
2024-05-28 v3 材料科学
超导电性
摘要
我们提出了一种新颖的transmon量子比特制备技术，可系统性地改善T弛豫时间。我们采用封装策略制备器件，该策略钝化铌表面从而阻止其高损耗表面氧化物的形成。通过保持相同的超导金属仅改变表面结构，这一比较研究考察了不同覆盖材料（如钽、铝、氮化钛与金）及不同量子比特代工厂的薄膜衬底，明确证明了与钽、铝或氮化钛的天然氧化物相比，铌氧化物对超导量子比特相干时间的有害影响。我们表面封装的铌量子比特器件的T弛豫时间比具有天然铌氧化物的基线铌量子比特器件长2至5倍。当用钽覆盖铌时，我们得到的中位量子比特寿命超过300微秒，最大值达600微秒，这是迄今为止在蓝宝石与硅上制备的超导量子比特的最高寿命。我们的比较结构与化学分析暗示了为何非晶铌氧化物可能比其他非晶氧化物引起更高损耗。这些结果与利用超高Q超导射频（SRF）腔测得的铌氧化物损耗角正切的高精度测量一致。这一新表面封装策略借助与环境稳定的材料钝化，能够进一步降低介电损耗，同时由于与硅工艺兼容，保留了制备与可扩展制造能力。
引用
@article{arxiv.2304.13257,
title = {Systematic Improvements in Transmon Qubit Coherence Enabled by Niobium Surface Encapsulation},
author = {Mustafa Bal and Akshay A. Murthy and Shaojiang Zhu and Francesco Crisa and Xinyuan You and Ziwen Huang and Tanay Roy and Jaeyel Lee and David van Zanten and Roman Pilipenko and Ivan Nekrashevich and Andrei Lunin and Daniel Bafia and Yulia Krasnikova and Cameron J. Kopas and Ella O. Lachman and Duncan Miller and Josh Y. Mutus and Matthew J. Reagor and Hilal Cansizoglu and Jayss Marshall and David P. Pappas and Kim Vu and Kameshwar Yadavalli and Jin-Su Oh and Lin Zhou and Matthew J. Kramer and Florent Q. Lecocq and Dominic P. Goronzy and Carlos G. Torres-Castanedo and Graham Pritchard and Vinayak P. Dravid and James M. Rondinelli and Michael J. Bedzyk and Mark C. Hersam and John Zasadzinski and Jens Koch and James A. Sauls and Alexander Romanenko and Anna Grassellino},
journal= {arXiv preprint arXiv:2304.13257},
year = {2024}
}