論文の概要: Probing hundreds of individual quantum defects in polycrystalline and
amorphous alumina
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2107.04131v3
- Date: Tue, 1 Mar 2022 22:39:44 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-23 01:51:09.614967
- Title: Probing hundreds of individual quantum defects in polycrystalline and
amorphous alumina
- Title（参考訳）: 多結晶およびアモルファスアルミナ中の数百個の量子欠陥の探索
- Authors: Chih-Chiao Hung, Liuqi Yu, Neda Foroozani, Stefan Fritz, Dagmar
Gerthsen, and Kevin D. Osborn
- Abstract要約: 量子二レベル系(TLS)は量子ビットの材料に存在し、量子ビットコヒーレンスを制限するため欠陥と見なされる。
超伝導量子ビットでは、クインテシデントジョセフソン接合バリアは、TLSをホストするアモルファスアルミナで構成されている。
アルミナの2つの型: 結晶性 $mathrmathrmgamma-Al_2mathrmO_3$ およびアモルファス $mathrma-AlmathrmO_x$ の物理的双極子モーメントについて報告する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Quantum two-level systems (TLSs) are present in the materials of qubits and
are considered defects because they limit qubit coherence. For superconducting
qubits, the quintessential Josephson junction barrier is made of amorphous
alumina, which hosts TLSs. However, TLSs are not understood generally -- either
structurally or in atomic composition. In this study, we greatly extend the
quantitative data available on TLSs by reporting on the physical dipole moment
in two alumina types: polycrystalline
$\mathrm{\mathrm{\gamma-Al}_{2}\mathrm{O}_{3}}$ and amorphous
$\mathrm{a-Al}\mathrm{O_{x}}$. To obtain the dipole moments $p_z$, rather from
the less-structural coupling parameter g, we tune individual TLSs with an
external electric field to extract the $p_z$ of the TLSs in a cavity QED
system. We find a clear difference in the dipole moment distribution from the
film types, indicating a difference in TLS structures. A large sample of
approximately 400 individual TLSs are analyzed from the polycrystalline film
type. Their dipoles along the growth direction $p_z$ have a mean value of
2.6$\pm$0.3 Debye (D) and standard deviation $\sigma$ = 1.6$\pm$0.2 D . The
material distribution fits well to a single Gaussian function. Approximately
200 individual TLSs are analyzed from amorphous films. Both the mean $p_z$
=4.6$\pm$0.5 D and $\sigma$ =2.5$\pm$0.3 D are larger. Amorphous alumina also
has some very large $p_z$, > 8.6 D, in contrast to polycrystalline which has
none of this moment. These large moments agree only with oxygen-based TLS
models. Based on data and the candidate models (delocalized O and
hydrogen-based TLSs), we find polycrystalline alumina has smaller ratio of
O-based to H-based TLS than amorphous alumina.
- Abstract（参考訳）: 量子二レベル系(TLS)は量子ビットの材料に存在し、量子ビットコヒーレンスを制限するため欠陥と見なされる。
超伝導量子ビットでは、クインテシデントジョセフソン接合バリアはTLSをホストするアモルファスアルミナで構成されている。
しかし、TLSは構造的にも原子組成的にも一般的には理解されていない。
本研究では,2種類のアルミナの物理的双極子モーメントを報告し,TLSの量的データを大幅に拡張する: 結晶性$\mathrm{\mathrm{\gamma-Al}_{2}\mathrm{O}_{3}} およびアモルファス$\mathrm{a-Al}\mathrm{O_{x}} である。
より構造的な結合パラメータgからより低い双極子モーメント$p_z$を得るために、外部電界で個々のTLSを調整し、空洞QED系においてTLSの$p_z$を抽出する。
膜型と双極子モーメント分布の違いは明らかであり,TLS構造の違いが示唆された。
多結晶膜型から約400個のTLSの試料を解析した。
成長方向の双極子 $p_z$ の平均値は 2.6$\pm$0.3 debye (d) であり、標準偏差 $\sigma$ = 1.6$\pm$0.2 d である。
物質分布は単一のガウス函数によく適合する。
アモルファス膜から約200個のTLSを解析する。
p_z$ =4.6$\pm$0.5d と$\sigma$ =2.5$\pm$0.3d はどちらも大きい。
アモルファスアルミナは、この瞬間を全く持たない多結晶とは対照的に、非常に大きな$p_z$, > 8.6 d を持つ。
これらの大きなモーメントは、酸素ベースのTLSモデルにのみ一致する。
データおよび候補モデル(非局在化Oおよび水素系TLS)に基づいて、多結晶アルミナは非晶質アルミナよりもO系TLSとH系TLSとの比が小さいことがわかった。
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