論文の概要: Hexagonal Boron Nitride (hBN) as a Low-loss Dielectric for Superconducting Quantum Circuits and Qubits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2109.00015v2
• Date: Fri, 14 Jan 2022 22:36:29 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-16 16:00:59.454458
• Title: Hexagonal Boron Nitride (hBN) as a Low-loss Dielectric for Superconducting Quantum Circuits and Qubits
• Title（参考訳）: 超伝導量子回路および量子ビット用低損失誘電体としての六方晶窒化ホウ素(hbn)
• Authors: Joel I-J. Wang, Megan A. Yamoah, Qing Li, Amir H. Karamlou, Thao Dinh, Bharath Kannan, Jochen Braumueller, David Kim, Alexander J. Melville, Sarah E. Muschinske, Bethany M. Niedzielski, Kyle Serniak, Youngkyu Sung, Roni Winik, Jonilyn L. Yoder, Mollie Schwartz, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Terry P. Orlando, Simon Gustavsson, Pablo Jarillo-Herrero, and William D. Oliver
• Abstract要約: マイクロ波周波数での損失の低い誘電体は、高コヒーレンスな固体量子コンピューティングプラットフォームにとって必須である。 ヘキサゴナル窒化ホウ素(hBN)薄膜のマイクロ波中での誘電損失について検討した。 我々はhBN PPCとアルミニウムジョセフソン接合を統合し、コヒーレンス時間25$mu$sのトランモン量子ビットを実現する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 40.57432059394399
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Dielectrics with low loss at microwave frequencies are imperative for high-coherence solid-state quantum computing platforms. We study the dielectric loss of hexagonal boron nitride (hBN) thin films in the microwave regime by measuring the quality factor of parallel-plate capacitors (PPCs) made of NbSe$_{2}$-hBN-NbSe$_{2}$ heterostructures integrated into superconducting circuits. The extracted microwave loss tangent of hBN is bounded to be at most in the mid-10$^{-6}$ range in the low temperature, single-photon regime. We integrate hBN PPCs with aluminum Josephson junctions to realize transmon qubits with coherence times reaching 25 $\mu$s, consistent with the hBN loss tangent inferred from resonator measurements. The hBN PPC reduces the qubit feature size by approximately two-orders of magnitude compared to conventional all-aluminum coplanar transmons. Our results establish hBN as a promising dielectric for building high-coherence quantum circuits with substantially reduced footprint and, with a high energy participation that helps to reduce unwanted qubit cross-talk.
• Abstract（参考訳）: マイクロ波周波数での損失が低い誘電体は、高コヒーレンス固体量子コンピューティングプラットフォームに必須である。 NbSe$_{2}$-hBN-NbSe$_{2}$ヘテロ構造体を超伝導回路に集積したパラレルプレートコンデンサ(PPC)の品質係数を測定し, マイクロ波系における六方晶窒化ホウ素(hBN)薄膜の誘電損失について検討した。 抽出したhBNのマイクロ波損失接点は、低温の単一光子状態において、少なくとも10$^{-6}$の範囲で有界である。 共振器の測定値から推定されるhBN損失接点と一致し,コヒーレンス時間25$\mu$sのトランスモン量子ビットを実現するために,hBN PPCとアルミニウムジョセフソン接合を統合した。 hBN PPCは、従来のオールアルミニウムコプラナートランスモンと比較して、量子ビットの特徴サイズを約2倍に縮小する。 我々はhBNを,フットプリントを大幅に削減した高コヒーレンス量子回路を構築するための有望な誘電体として確立した。

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