論文の概要: Tantalum airbridges for scalable superconducting quantum processors

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2401.03537v1
• Date: Sun, 7 Jan 2024 16:32:31 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-01-09 18:29:24.413762
• Title: Tantalum airbridges for scalable superconducting quantum processors
• Title（参考訳）: スケーラブル超伝導量子プロセッサ用タンタルエアブリッジ
• Authors: Kunliang Bu, Sainan Huai, Zhenxing Zhang, Dengfeng Li, Yuan Li, Jingjing Hu, Xiaopei Yang, Maochun Dai, Tianqi Cai, Yi-Cong Zheng, Shengyu Zhang
• Abstract要約: 新規なリフトオフ法により作製した, 分離構造あるいは全カプセル構造を有する高信頼性タンタルエアブリッジを提案する。 タンタルエアブリッジの全体的な適合性を検証する。 中央の単一量子ゲートの忠実度は、孤立ランダム化ベンチマークでは99.95%から、同時ベンチマークでは99.94%にわずかに低下している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.824862696425393
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The unique property of tantalum (Ta), particularly its long coherent lifetime in superconducting qubits and its exceptional resistance to both acid and alkali, makes it promising for superconducting quantum processors. It is a notable advantage to achieve high-performance quantum processors with neat and unified fabrication of all circuit elements, including coplanar waveguides (CPW), qubits, and airbridges, on the tantalum film-based platform. Here, we propose a reliable tantalum airbridges with separate or fully-capped structure fabricated via a novel lift-off method, where a barrier layer with aluminium (Al) film is first introduced to separate two layers of photoresist and then etched away before the deposition of tantalum film, followed by cleaning with piranha solution to remove the residual photoresist on the chip. We characterize such tantalum airbridges as the control line jumpers, the ground plane crossovers and even coupling elements. They exhibit excellent connectivity, minimal capacitive loss, effectively suppress microwave and flux crosstalk and offer high freedom of coupling. Besides, by presenting a surface-13 tunable coupling superconducting quantum processor with median $T_1$ reaching above 100 $\mu$s, the overall adaptability of tantalum airbridges is verified. The median single-qubit gate fidelity shows a tiny decrease from about 99.95% for the isolated Randomized Benchmarking to 99.94% for the simultaneous one. This fabrication method, compatible with all known superconducting materials, requires mild conditions of film deposition compared with the commonly used etching and grayscale lithography. Meanwhile, the experimental achievement of non-local coupling with controlled-Z (CZ) gate fidelity exceeding 99.2% may further facilitate qLDPC codes, laying a foundation for scalable quantum computation and quantum error correction with entirely tantalum elements.
• Abstract（参考訳）: タンタル(ta)の特異な性質、特に超伝導量子ビットにおける長いコヒーレント寿命と、酸とアルカリの両方に対する耐性は超伝導量子プロセッサに有望である。 タンタルフィルムベースのプラットフォーム上で、コプラナー導波路(CPW)、キュービット、エアブリッジを含む全ての回路要素をきれいかつ統一した構成で高性能な量子プロセッサを実現することは、注目すべき利点である。 本稿では,アルミニウム (Al) フィルムを用いたバリア層を2層分離し, タンタルフィルムの堆積前にエッチングした後, ピラニア溶液を洗浄してチップ上に残留したフォトレジストを除去する, 新規なリフトオフ法により作製した, 分離または全カプセル構造を有する信頼性タンタルエアブリッジを提案する。 このようなタンタルエアブリッジを制御ラインジャンパー、地上平面クロスオーバー、さらには結合要素として特徴付ける。 接続性に優れ、容量損失を最小限に抑え、マイクロ波とフラックスクロストークを効果的に抑制し、結合の自由度が高い。 さらに,100ドル以上の中央値T_1$を持つ表面構造可変結合超伝導量子プロセッサを提示することにより,タンタルエアブリッジの全体的な適応性を検証する。 中央の単一量子ゲートの忠実度は、孤立ランダム化ベンチマークの99.95%から同時ベンチマークの99.94%までわずかに低下している。 この製法は、既知のすべての超伝導材料と互換性があり、一般的に用いられるエッチングやグレースケールリソグラフィと比較すると、軽度の成膜条件を必要とする。 一方、制御Z(CZ)ゲートの忠実度99.2%を超える非局所結合の実験的な成果は、qLDPC符号をさらに促進し、スケーラブルな量子計算と完全なタンタル要素による量子エラー補正の基礎を築いた。

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