論文の概要: Spectroscopic measurements and models of energy deposition in the substrate of quantum circuits by natural ionizing radiation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2404.10866v2
• Date: Fri, 11 Oct 2024 21:10:14 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-10-15 21:41:19.367496
• Title: Spectroscopic measurements and models of energy deposition in the substrate of quantum circuits by natural ionizing radiation
• Title（参考訳）: 自然電離放射線による量子回路基板内エネルギー沈着の分光計測とモデル
• Authors: Joseph W. Fowler, Paul Szypryt, Raymond Bunker, Ellen R. Edwards, Ian Fogarty Florang, Jiansong Gao, Andrea Giachero, Shannon F. Hoogerheide, Ben Loer, H. Pieter Mumm, Nathan Nakamura, Galen C. O'Neil, John L. Orrell, Elizabeth M. Scott, Jason Stevens, Daniel S. Swetz, Brent A. VanDevender, Michael Vissers, Joel N. Ullom,
• Abstract要約: 自然に発生する背景放射は超伝導量子ビットにおける相関的なデコヒーレンス現象の源である。 ミリケルビン冷凍機内に位置するシリコン基板の背景スペクトルを測定した。 シリコン基板の厚さ0.5mmでは、100keVから3MeVの間で4万倍の強度が低下する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Naturally occurring background radiation is a source of correlated decoherence events in superconducting qubits that will challenge error-correction schemes. To characterize the radiation environment in an unshielded laboratory, we performed broadband, spectroscopic measurements of background events in silicon substrates located inside a millikelvin refrigerator, an environment representative of superconducting qubit systems. We measured the background spectra in silicon substrates of two thicknesses, 0.5 mm and 1.5 mm, and obtained the average event rate and the integrated power deposition. In a 25 mm^2 area and the thinner substrate, these values are 0.023 events per second and 4.9 keV/s, counting events that deposit at least 40 keV. We find the background spectrum to be nearly featureless. Its intensity decreases by a factor of 40,000 between 100 keV and 3 MeV for silicon substrates 0.5 mm thick. We find the cryogenic measurements to be in good agreement with predictions based on measurements of the terrestrial gamma-ray flux, published models of cosmic-ray fluxes, a crude model of the cryostat, and radiation-transport simulations. No free parameters are required to predict the background spectra in the silicon substrates. The good agreement between measurements and predictions allow assessment of the relative contributions of terrestrial and cosmic background sources and their dependence on substrate thickness. Our spectroscopic measurements are performed with superconducting microresonators that transduce deposited energy to a readily detectable electrical signal. We find that gamma-ray emissions from radioisotopes are responsible for the majority of events depositing E<1.5 MeV, while nucleons among the cosmic-ray secondary particles cause most events that deposit more energy. These results suggest several paths to reducing the impact of background radiation on quantum circuits.
• Abstract（参考訳）: 自然に発生する背景放射は、超伝導量子ビットにおける相関したデコヒーレンス現象の源であり、誤り訂正スキームに挑戦する。 超伝導量子ビット系の環境であるミリケルビン冷凍機内におけるシリコン基板の背景事象のブロードバンド,分光計測を行った。 厚さ0.5mm, 1.5mmのシリコン基板の背景スペクトルを測定し, 平均発生速度と集積電力デポジションを得た。 25mm^2領域とより薄い基板では、これらの値は毎秒0.023イベントと4.9keV/sであり、少なくとも40keVを蓄積する事象を数えている。 背景スペクトルはほとんど特徴がない。 シリコン基板の厚さ0.5mmでは、100keVから3MeVの間で4万倍の強度が低下する。 我々は,地球外ガンマ線フラックスの測定,宇宙線フラックスのモデル,クレオスタットの粗いモデル,放射-輸送シミュレーションに基づいて,低温の観測値が予測値とよく一致していることを発見した。 シリコン基板の背景スペクトルを予測するために自由パラメータは不要である。 測定値と予測値との良好な一致により、地球と宇宙の背景源の相対的な寄与と、それらの基質の厚さへの依存性を評価することができる。 超伝導マイクロ共振器を用いて, 簡単に検出可能な電気信号に堆積エネルギーを伝達する分光計測を行った。 放射性同位体からのガンマ線放射は、E<1.5 MeVを堆積するほとんどの事象の原因であり、一方、宇宙線二次粒子の核子は、より多くのエネルギーを蓄積するほとんどの事象を引き起こす。 これらの結果は、背景放射が量子回路に与える影響を減らすためのいくつかの経路を示唆している。

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