镱封装镌钛超导共面波导共振器：通过表面通道实现高内部品质因数和改进的时序稳定性
量子物理
2026-04-13 v1 材料科学
摘要
超导共面波导共振器是量子处理器中的关键组件，其内部品质因子（Qi）限制了量子比特的相干性和读出精度。在镱钛器件中，毫开尔文温度下的微波损耗主要由与复杂 NbOx 表面氧化物相关的两水平系统（TLS）所主导。为缓解这些损耗，我们研究了一种表面工程方法，即在原位以薄镌钛层覆盖 Nb 薄膜，以抑制 Nb2O5 形成并用 Ta 基氧化物取代天然 NbOx 界面。我们在高电阻率硅上使用相同的 DC 溅射和湿法蚀刻工艺制造 Nb/Ta 双层和参考 Nb 共振器，并在毫开尔文温度下对其性能进行表征。新制造的 Ta-封装器件在近单光子 regime 下的内部品质因子可达 2.4×10^6，其功率依赖性与减轻金属-空气界面 TLS 相关损耗的特征相符。采用相同工艺制造的对照 Nb 器件显示较低的 Q_TLS，印证了 Ta 封装层的积极作用。此外，对 Nb/Ta 共振器进行 6 个月龄测试显示，其 Q_TLS 相对于初始值有适度下降，但仍优于新制造的仅 Nb 器件。这些结果表明，薄 Ta 封装可提升界面质量，同时保持与 Nb 制造流程的兼容性，从而实现改进的时序稳定性。
引用
@article{arxiv.2604.09050,
title = {Tantalum-Encapsulated Niobium Superconducting Resonators: High Internal Quality Factor and Improved Temporal Stability via Surface Passivation},
author = {Anas Alkhazaleh and Juan Villegas and Florent Ravaux and Alexey Zharinov},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.09050},
year = {2026}
}
备注
11 pages, 14 figures