論文の概要: Discovery of Nb hydride precipitates in superconducting qubits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2108.10385v2
• Date: Tue, 26 Sep 2023 19:42:11 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-09-29 02:08:03.087406
• Title: Discovery of Nb hydride precipitates in superconducting qubits
• Title（参考訳）: 超伝導量子ビット中に析出するnb水素化物の発見
• Authors: Jaeyel Lee, Zuhawn Sung, Akshay A. Murthy, Matt Reagor, Anna Grassellino, and Alexander Romanenko
• Abstract要約: リゲッティ・コンピューティングで作製された超伝導量子ビットのシリコン上におけるニオブ膜中のニオブ水和物生成の最初の証拠を報告する。 室温106Kで高分解能透過電子顕微鏡(HRTEM)解析を行った。 以上の結果から,超伝導量子ビットのデコヒーレンスの新たな発生源が明らかとなり,準および二段系(TLS)の損失に寄与した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 37.69303106863453
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We report the first evidence of the formation of niobium hydrides within niobium films on silicon substrates in superconducting qubits fabricated at Rigetti Computing. We combine complementary techniques including room and cryogenic temperature atomic scale high-resolution and scanning transmission electron microscopy (HR-TEM and STEM), atomic force microscopy (AFM), and the time-of-flight secondary ion mass spectroscopy (TOF-SIMS) to reveal the existence of the niobium hydride precipitates directly in the Rigetti chip areas. Electron diffraction and high-resolution transmission electron microscopy (HR-TEM) analyses are performed at room and cryogenic temperatures (~106 K) on superconducting qubit niobium film areas, and reveal the formation of three types of Nb hydride domains with different crystalline orientations and atomic structures. There is also variation in their size and morphology from small (~5 nm) irregular shape domains within the Nb grains to large (~10-100 nm) Nb grains fully converted to niobium hydride. As niobium hydrides are non-superconducting and can easily change in size and location upon different cooldowns to cryogenic temperatures, our findings highlight a new previously unknown source of decoherence in superconducting qubits, contributing to both quasiparticle and two-level system (TLS) losses, and offering a potential explanation for qubit performance changes upon cooldowns. A pathway to mitigate the formation of the Nb hydrides for superconducting qubit applications is also discussed.
• Abstract（参考訳）: リゲッティ・コンピューティングで作製された超伝導量子ビットのシリコン基板上におけるニオブ膜中のニオブ水和物生成の最初の証拠を報告する。 室温および極低温原子スケール高分解能走査透過電子顕微鏡(hr-temおよびstem)、原子間力顕微鏡(afm)、tof-sims(time-of-flight secondary ion mass spectroscopy)などの補完技術を組み合わせて、リゲッティチップ領域に直接沈殿するニオブ水素化物の存在を明らかにする。 電子回折および高分解能透過電子顕微鏡(hr-tem)による超伝導ニオブ膜領域の室温および極低温温度(約106k)の解析を行い、結晶方位と原子構造が異なる3種類のnbハイドリドドメインの形成を明らかにした。 また、Nb粒内の小さな(〜5nm)不規則な形状ドメインから、大きな(～10-100nm)Nb粒まで、大きさや形態にも変化がある。 ニオブ水和物は非超伝導であり, 冷却温度の異なる場合, サイズや位置が変化しやすいことから, 超伝導量子ビットのデコヒーレンスを新たに未知にし, 準粒子と2レベル系(TLS)の損失の両面に寄与し, 冷却時のクビット性能の変化を説明できる可能性が示唆された。 超伝導量子ビット用Nb水素化物の生成を緩和する経路についても論じる。

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