論文の概要: Mitigation of interfacial dielectric loss in aluminum-on-silicon superconducting qubits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2310.06797v1
• Date: Tue, 10 Oct 2023 17:08:59 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-10-12 01:24:48.818135
• Title: Mitigation of interfacial dielectric loss in aluminum-on-silicon superconducting qubits
• Title（参考訳）: アルミニウムオンシリコン超伝導量子ビットにおける界面誘電損失の緩和
• Authors: Janka Bizn\'arov\'a, Amr Osman, Emil Rehnman, Lert Chayanun, Christian Kri\v{z}an, Per Malmberg, Marcus Rommel, Christopher Warren, Per Delsing, August Yurgens, Jonas Bylander and Anita Fadavi Roudsari
• Abstract要約: 平均エネルギー緩和時間を最大270,mu s$、Q = 500M、観測値が最高501,mu s$とするアルミニウムオンシリコン平板トランスモン量子ビットを実証した。 損失の緩和は、基板-金属界面近くの既知の欠陥のホストである酸化物の存在を減少させることによって達成される。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We demonstrate aluminum-on-silicon planar transmon qubits with time-averaged ${T_1}$ energy relaxation times of up to ${270\,\mu s}$, corresponding to Q = 5 million, and a highest observed value of ${501\,\mu s}$. We use materials analysis techniques and numerical simulations to investigate the dominant sources of energy loss, and devise and demonstrate a strategy towards mitigating them. The mitigation of loss is achieved by reducing the presence of oxide, a known host of defects, near the substrate-metal interface, by growing aluminum films thicker than 300 nm. A loss analysis of coplanar-waveguide resonators shows that the improvement is owing to a reduction of dielectric loss due to two-level system defects. We perform time-of-flight secondary ion mass spectrometry and observe a reduced presence of oxygen at the substrate-metal interface for the thicker films. The correlation between the enhanced performance and the film thickness is due to the tendency of aluminum to grow in columnar structures of parallel grain boundaries, where the size of the grain depends on the film thickness: transmission electron microscopy imaging shows that the thicker film has larger grains and consequently fewer grain boundaries containing oxide near this interface. These conclusions are supported by numerical simulations of the different loss contributions in the device.
• Abstract（参考訳）: 計算時間平均${t_1}$エネルギー緩和時間は${270\,\mu s}$であり、q = 500mに対応し、最大観測値${501\,\mu s}$である。 我々は材料分析技術と数値シミュレーションを用いてエネルギー損失の主原因を解明し、それらを緩和するための戦略を考案し実証する。 損失の軽減は、基板-金属界面近くの既知の欠陥のホストである酸化物の存在を300nmより厚いアルミニウム膜を成長させることによって達成される。 コプラナー導波管共振器の損失解析により, 2レベル系欠陥による誘電損失の低減による改善が示されている。 我々は飛行時二次イオン質量分析を行い、より厚い膜に対する基板-金属界面における酸素の減少を観察した。 結晶粒の厚さが膜厚に依存する平行粒界の柱状構造では, 膜厚と膜厚との相関性が強く, 膜厚が大きくなる傾向がみられた。 これらの結論は、デバイス内の異なる損失貢献の数値シミュレーションによって支持される。

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