論文の概要: TOF-SIMS Analysis of Decoherence Sources in Nb Superconducting Resonators

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2108.13539v1
• Date: Mon, 30 Aug 2021 22:22:47 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-16 18:43:06.374419
• Title: TOF-SIMS Analysis of Decoherence Sources in Nb Superconducting Resonators
• Title（参考訳）: Nb超電導共振器におけるデコヒーレンス源のTOF-SIMS解析
• Authors: Akshay A. Murthy, Jae-Yel Lee, Cameron Kopas, Matthew J. Reagor, Anthony P. McFadden, David P. Pappas, Mattia Checchin, Anna Grassellino, Alexander Romanenko
• Abstract要約: 超伝導量子ビットは、潜在的に基盤となるプラットフォーム技術として出現している。 材料品質と界面構造は、デバイスの性能を抑え続けている。 薄膜および隣接領域の2レベル系欠陥はノイズを導入し、電磁エネルギーを散逸させる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 48.7576911714538
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Superconducting qubits have emerged as a potentially foundational platform technology for addressing complex computational problems deemed intractable with classical computing. Despite recent advances enabling multiqubit designs that exhibit coherence lifetimes on the order of hundreds of $\mu$s, material quality and interfacial structures continue to curb device performance. When niobium is deployed as the superconducting material, two-level system defects in the thin film and adjacent dielectric regions introduce stochastic noise and dissipate electromagnetic energy at the cryogenic operating temperatures. In this study, we utilize time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS) to understand the role specific fabrication procedures play in introducing such dissipation mechanisms in these complex systems. We interrogated Nb thin films and transmon qubit structures fabricated by Rigetti Computing and at the National Institute of Standards and Technology through slight variations in the processing and vacuum conditions. We find that when Nb film is sputtered onto the Si substrate, oxide and silicide regions are generated at various interfaces. We also observe that impurity species such as niobium hydrides and carbides are incorporated within the niobium layer during the subsequent lithographic patterning steps. The formation of these resistive compounds likely impact the superconducting properties of the Nb thin film. Additionally, we observe the presence of halogen species distributed throughout the patterned thin films. We conclude by hypothesizing the source of such impurities in these structures in an effort to intelligently fabricate superconducting qubits and extend coherence times moving forward.
• Abstract（参考訳）: 超伝導量子ビットは、古典的計算では難解と考えられる複雑な計算問題に対処するための基礎的なプラットフォーム技術として登場してきた。 数百ドルのオーダーでコヒーレンス寿命を示すマルチ量子ビット設計を可能にする最近の進歩にもかかわらず、材料品質と界面構造はデバイス性能を阻害し続けている。 超伝導材料としてニオブがデプロイされると、薄膜と隣接する誘電体領域の2レベル系欠陥が確率ノイズを発生させ、低温動作温度で電磁エネルギーを放出する。 本研究では, 飛行時間型二次イオン質量分析法(tof-sims)を用いて, これらの複合系にこのような散逸機構を導入する際に果たす役割を解明する。 リゲッティ・コンピューティングと国立標準技術研究所で作製されたNb薄膜とトランスモン量子ビット構造を,処理条件や真空条件の微妙な変化により疑問視した。 nb膜がsi基板上にスパッタされると,様々な界面で酸化物およびシリサイド領域が生成される。 また, ニオブ水和物や炭化物などの不純物種が, その後のリソグラフィーパターン形成過程においてニオブ層に組み込まれていることも観察した。 これらの抵抗性化合物の形成はNb薄膜の超伝導特性に影響を及ぼす可能性が高い。 さらに, パターン化薄膜中に分布するハロゲン種の存在を観察した。 これらの構造におけるこのような不純物の源泉を仮定し、超伝導量子ビットをインテリジェントに製造し、前進するコヒーレンス時間を延長する。

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