論文の概要: Titanium Nitride Film on Sapphire Substrate with Low Dielectric Loss for
Superconducting Qubits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2205.03528v1
- Date: Sat, 7 May 2022 03:04:27 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-14 01:14:41.072054
- Title: Titanium Nitride Film on Sapphire Substrate with Low Dielectric Loss for
Superconducting Qubits
- Title（参考訳）: 超伝導量子ビット用低誘電損失サファイア基板上の窒化チタン膜
- Authors: Hao Deng, Zhijun Song, Ran Gao, Tian Xia, Feng Bao, Xun Jiang,
Hsiang-Sheng Ku, Zhisheng Li, Xizheng Ma, Jin Qin, Hantao Sun, Chengchun
Tang, Tenghui Wang, Feng Wu, Wenlong Yu, Gengyan Zhang, Xiaohang Zhang,
Jingwei Zhou, Xing Zhu, Yaoyun Shi, Hui-Hai Zhao, Chunqing Deng
- Abstract要約: サファイア基板上のTiN膜は、高コヒーレンス超伝導量子ビットのための理想的な材料システムである。
我々は、最大300ドルのキュービット寿命を再現的に達成し、品質要因は800万に近づいた。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 28.298796614798015
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Dielectric loss is one of the major decoherence sources of superconducting
qubits. Contemporary high-coherence superconducting qubits are formed by
material systems mostly consisting of superconducting films on substrate with
low dielectric loss, where the loss mainly originates from the surfaces and
interfaces. Among the multiple candidates for material systems, a combination
of titanium nitride (TiN) film and sapphire substrate has good potential
because of its chemical stability against oxidization, and high quality at
interfaces. In this work, we report a TiN film deposited onto sapphire
substrate achieving low dielectric loss at the material interface. Through the
systematic characterizations of a series of transmon qubits fabricated with
identical batches of TiN base layers, but different geometries of qubit
shunting capacitors with various participation ratios of the material
interface, we quantitatively extract the loss tangent value at the
substrate-metal interface smaller than $8.9 \times 10^{-4}$ in 1-nm disordered
layer. By optimizing the interface participation ratio of the transmon qubit,
we reproducibly achieve qubit lifetimes of up to 300 $\mu$s and quality factors
approaching 8 million. We demonstrate that TiN film on sapphire substrate is an
ideal material system for high-coherence superconducting qubits. Our analyses
further suggest that the interface dielectric loss around the Josephson
junction part of the circuit could be the dominant limitation of lifetimes for
state-of-the-art transmon qubits.
- Abstract（参考訳）: 誘電損失は超伝導量子ビットの主要なデコヒーレンス源の1つである。
現代の高温超伝導量子ビットは、誘電損失の低い基板上に超伝導膜を主成分とする材料システムによって形成され、損失は主に表面と界面から生じる。
物質系の複数の候補のうち、窒化チタン膜(TiN)とサファイア基板の組み合わせは、酸化に対する化学的安定性と界面の高品質さから有望である。
本研究では,サファイア基板上に堆積したTiN膜を材料界面に低誘電損失を生じることを報告した。
スズ基層を同一のバッチで作製した一連のトランスモン量子ビットの系統的特徴と、材料界面の様々な参加率を有するキュービットシャンティングコンデンサの異なるジオメトリを用いて、基板-金属界面における損失接値を1nm不規則層で8.9 \times 10^{-4}$以下で定量的に抽出する。
トランスモン量子ビットのインタフェース参加率を最適化することにより、最大300ドル以上のキュービット寿命と800万に近い品質要因を再現的に達成する。
サファイア基板上のTiN膜は高コヒーレンス超伝導量子ビットの理想的な材料システムであることを示す。
さらに,回路のジョセフソン接合部周辺の界面誘電損失は,最先端の量子ビットの寿命の限界となる可能性が示唆された。
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