論文の概要: Characterizing Niobium Nitride Superconducting Microwave Coplanar
Waveguide Resonator Array for Circuit Quantum Electrodynamics in Extreme
Conditions
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2306.02356v1
- Date: Sun, 4 Jun 2023 13:24:51 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-06-06 18:15:08.417539
- Title: Characterizing Niobium Nitride Superconducting Microwave Coplanar
Waveguide Resonator Array for Circuit Quantum Electrodynamics in Extreme
Conditions
- Title（参考訳）: マイクロ波コプレーナ導波管共振器アレイを用いた極端条件における回路量子力学
- Authors: Paniz Foshat, Paul Baity, Sergey Danilin, Valentino Seferai, Shima
Poorgholam-Khanjari, Hua Feng, Oleg A. Mukhanov, Matthew Hutchings, Robert H.
Hadfield, Muhammad Imran, Martin Weides, and Kaveh Delfanazari
- Abstract要約: 窒化ニオブ (NbN) は超伝導量子技術への応用に期待できる材料である。
NbNベースのデバイスと回路は、2レベルシステム(TLS)欠陥のようなデコヒーレンスソースに敏感である。
NbN超伝導マイクロ波コプラナー導波路共振器アレイの数値解析と実験を行った。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.2627743222524832
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The high critical magnetic field and relatively high critical temperature of
niobium nitride (NbN) make it a promising material candidate for applications
in superconducting quantum technology. However, NbN-based devices and circuits
are sensitive to decoherence sources such as two-level system (TLS) defects.
Here, we numerically and experimentally investigate NbN superconducting
microwave coplanar waveguide resonator arrays, with a 100 nm thickness,
capacitively coupled to a common coplanar waveguide on a silicon chip. We
observe that the resonators' internal quality factor (Qi) decreases from Qi ~
1.07*10^6 in a high power regime (< nph > = 27000) to Qi ~ 1.36 *10^5 in single
photon regime at temperature T = 100 mK. Data from this study is consistent
with the TLS theory, which describes the TLS interactions in resonator
substrates and interfaces. Moreover, we study the temperature dependence
internal quality factor and frequency tuning of the coplanar waveguide
resonators to characterise the quasiparticle density of NbN. We observe that
the increase in kinetic inductance at higher temperatures is the main reason
for the frequency shift. Finally, we measure the resonators' resonance
frequency and internal quality factor at single photon regime in response to
in-plane magnetic fields B||. We verify that Qi stays well above 10^4 up to B||
= 240 mT in the photon number < nph > = 1.8 at T = 100 mK. Our results may pave
the way for realising robust microwave superconducting circuits for circuit
quantum electrodynamics (cQED) at high magnetic fields necessary for
fault-tolerant quantum computing, and ultrasensitive quantum sensing.
- Abstract（参考訳）: 窒化ニオブ(nbn)の高臨界磁場と比較的高い臨界温度は、超伝導量子技術への応用に有望な材料候補となっている。
しかし、NbNベースのデバイスと回路は、2レベルシステム(TLS)欠陥のようなデコヒーレンスソースに敏感である。
本研究では,100nm厚のnbn超伝導マイクロ波コプレーナ導波路アレイをシリコンチップ上のコプレーナ導波路と容量的に結合した数値的,実験的に検討する。
我々は、共振器の内部品質係数(Qi)が、高出力状態においてQi ~ 1.07*10^6 から Qi ~ 1.36 *10^5 まで、温度 T = 100 mK で減少することが観察された。
本研究のデータは、共振器基板と界面におけるTLS相互作用を記述するTLS理論と一致している。
さらに,コプラナー導波路共振器の温度依存性内部品質係数と周波数調整を行い,NbNの準粒子密度を特徴付ける。
周波数シフトの主な原因は, 高温での動力学的インダクタンスの増加である。
最後に、面内磁場b||に応じて単一光子状態における共振器の共振周波数と内部品質係数を測定する。
我々は、Qi が光子数 <nph > = 1.8 at T = 100 mK において、B|| = 240 mT まで 10^4 以上であることを確認した。
その結果、耐障害性量子コンピューティングや超感度量子センシングに必要な強磁場下での回路量子電磁力学(cqed)のための堅牢なマイクロ波超伝導回路の実現への道が開けるかもしれない。
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