論文の概要: Systematic Improvements in Transmon Qubit Coherence Enabled by Niobium Surface Encapsulation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2304.13257v1
• Date: Wed, 26 Apr 2023 02:59:28 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-27 15:36:42.660852
• Title: Systematic Improvements in Transmon Qubit Coherence Enabled by Niobium Surface Encapsulation
• Title（参考訳）: ニオブ表面カプセル化によるトランスモン量子コヒーレンスの系統的改善
• Authors: Mustafa Bal, Akshay A. Murthy, Shaojiang Zhu, Francesco Crisa, Xinyuan You, Ziwen Huang, Tanay Roy, Jaeyel Lee, David van Zanten, Roman Pilipenko, Ivan Nekrashevich, Daniel Bafia, Yulia Krasnikova, Cameron J. Kopas, Ella O. Lachman, Duncan Miller, Josh Y. Mutus, Matthew J. Reagor, Hilal Cansizoglu, Jayss Marshall, David P. Pappas, Kim Vu, Kameshwar Yadavalli, Jin-Su Oh, Lin Zhou, Matthew J. Kramer, Dominic P. Goronzy, Carlos G. Torres-Castanedo, Graham Pritchard, Vinayak P. Dravid, James M. Rondinelli, Michael J. Bedzyk, Mark C. Hersam, John Zasadzinski, Jens Koch, James A. Sauls, Alexander Romanenko, and Anna Grassellino
• Abstract要約: 本稿では,コヒーレンス時間を体系的に改善するトランスモンキュービット製造手法を提案する。 我々はニオブの表面を通過させるカプセル化戦略を用いてデバイスを作製した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 35.24953722688704
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We present a novel transmon qubit fabrication technique that yields systematic improvements in T$_1$ coherence times. We fabricate devices using an encapsulation strategy that involves passivating the surface of niobium and thereby preventing the formation of its lossy surface oxide. By maintaining the same superconducting metal and only varying the surface structure, this comparative investigation examining different capping materials and film substrates across different qubit foundries definitively demonstrates the detrimental impact that niobium oxides have on the coherence times of superconducting qubits, compared to native oxides of tantalum, aluminum or titanium nitride. Our surface-encapsulated niobium qubit devices exhibit T$_1$ coherence times 2 to 5 times longer than baseline niobium qubit devices with native niobium oxides. When capping niobium with tantalum, we obtain median qubit lifetimes above 200 microseconds. Our comparative structural and chemical analysis suggests that amorphous niobium suboxides may induce higher losses. These results are in line with high-accuracy measurements of the niobium oxide loss tangent obtained with ultra-high Q superconducting radiofrequency (SRF) cavities. This new surface encapsulation strategy enables further reduction of dielectric losses via passivation with ambient-stable materials, while preserving fabrication and scalable manufacturability thanks to the compatibility with silicon processes.
• Abstract（参考訳）: 本稿では,T$_1$コヒーレンス時間を体系的に改善するトランスモンキュービット製造手法を提案する。 我々は, ニオブの表面を緩和し, 損失表面の酸化物の形成を阻害するカプセル化戦略を用いて, デバイスを作製した。 同じ超伝導金属を維持し, 表面構造だけを変化させることにより, 異なる量子ビットファイントリーにまたがる異なるキャッピング材料および膜基板について, ニオブ酸化物が超伝導量子ビットのコヒーレンス時間に与える影響をタンタル, アルミニウム, 窒化チタンのネイティブ酸化物と比較して明らかに実証した。 表面封入したニオブ量子ビットデバイスは,ネイティブなニオブ酸化物を用いたベースラインニオブ量子ビットデバイスよりも2～5倍のコヒーレンス時間を示す。 ニオブをタンタルで捕獲すると、200マイクロ秒以上で平均クビット寿命が得られる。 構造的および化学的分析から, 非晶質な亜酸化ニオブは高い損失をもたらす可能性が示唆された。 これらの結果は,超高Q超伝導ラジオ周波数(SRF)キャビティで得られた酸化ニオブ損失タンジェントの高精度測定と一致した。 この新しい表面カプセル化戦略は、シリコンプロセスとの互換性により製造とスケーラブルな製造性を維持しつつ、環境安定材料によるパッシベーションによる誘電損失のさらなる低減を可能にする。

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