論文の概要: Impact of ionizing radiation on superconducting qubit coherence

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2001.09190v2
• Date: Thu, 27 Aug 2020 16:54:32 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-06-06 02:56:31.849743
• Title: Impact of ionizing radiation on superconducting qubit coherence
• Title（参考訳）: 超伝導量子コヒーレンスに及ぼす電離放射線の影響
• Authors: Antti Veps\"al\"ainen, Amir H. Karamlou, John L. Orrell, Akshunna S. Dogra, Ben Loer, Francisca Vasconcelos, David K. Kim, Alexander J. Melville, Bethany M. Niedzielski, Jonilyn L. Yoder, Simon Gustavsson, Joseph A. Formaggio, Brent A. VanDevender, and William D. Oliver
• Abstract要約: 環境放射性物質と宇宙線は、ここで測定されたタイプの超伝導量子ビットをミリ秒間におけるコヒーレンス時間に制限する準粒子密度の上昇に寄与することを示す。 放射線遮蔽の導入は、電離放射線のフラックスを減少させ、コヒーレンス時間の増加と正に相関する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 43.13648171914508
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The practical viability of any qubit technology stands on long coherence times and high-fidelity operations, with the superconducting qubit modality being a leading example. However, superconducting qubit coherence is impacted by broken Cooper pairs, referred to as quasiparticles, with a density that is empirically observed to be orders of magnitude greater than the value predicted for thermal equilibrium by the Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) theory of superconductivity. Previous work has shown that infrared photons significantly increase the quasiparticle density, yet even in the best isolated systems, it still remains higher than expected, suggesting that another generation mechanism exists. In this Letter, we provide evidence that ionizing radiation from environmental radioactive materials and cosmic rays contributes to this observed difference, leading to an elevated quasiparticle density that would ultimately limit superconducting qubits of the type measured here to coherence times in the millisecond regime. We further demonstrate that introducing radiation shielding reduces the flux of ionizing radiation and positively correlates with increased coherence time. Albeit a small effect for today's qubits, reducing or otherwise mitigating the impact of ionizing radiation will be critical for realizing fault-tolerant superconducting quantum computers.
• Abstract（参考訳）: 量子ビット技術の実用性は、長いコヒーレンス時間と高忠実度演算に基づいており、超伝導量子ビットモダリティが主要な例である。 しかし、超伝導量子コヒーレンスは準粒子と呼ばれるクーパー対の破れによって影響され、バルディーン=クーパー=シュリフェファー(英語版)(bcs)理論による熱平衡で予測される値よりも1桁大きい密度が実証的に観測される。 これまでの研究では、赤外線光子が準粒子密度を著しく高めることが示されているが、最高の孤立系でも、期待よりは高いままであり、別の生成機構が存在することを示唆している。 このレターでは、環境放射性物質や宇宙線からの電離放射線がこの観測値の違いに寄与する証拠を示し、その結果、ここで測定された型の超伝導量子ビットはミリ秒間におけるコヒーレンス時間に制限される。 さらに,放射線遮蔽は電離放射線のフラックスを減少させ,コヒーレンス時間の増加と正の相関を示す。 今日の量子ビットには小さな効果があるが、電離放射線の影響を軽減または緩和することは、フォールトトレラントな超伝導量子コンピュータの実現に不可欠である。

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