論文の概要: Observation of Interface Piezoelectricity in Superconducting Devices on Silicon
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2409.10626v1
- Date: Mon, 16 Sep 2024 18:00:48 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-09-18 19:00:49.878428
- Title: Observation of Interface Piezoelectricity in Superconducting Devices on Silicon
- Title（参考訳）: シリコン上の超伝導デバイスにおける界面圧電性の観察
- Authors: Haoxin Zhou, Eric Li, Kadircan Godeneli, Zi-Huai Zhang, Shahin Jahanbani, Kangdi Yu, Mutasem Odeh, Shaul Aloni, Sinéad Griffin, Alp Sipahigil,
- Abstract要約: 圧電相互作用はマイクロ波光子と音響フォノン間のエネルギー交換を媒介することでデコヒーレンスに寄与する。
シリコンやサファイアのようなセントロ対称材料は圧電性を示さず、超伝導量子ビットの基板として好まれる。
アルミニウム-シリコン接合部における界面圧電特性の観察を報告し,超伝導デバイスにとって重要な損失チャネルであることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.3424557929606953
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The evolution of superconducting quantum processors is driven by the need to reduce errors and scale for fault-tolerant computation. Reducing physical qubit error rates requires further advances in the microscopic modeling and control of decoherence mechanisms in superconducting qubits. Piezoelectric interactions contribute to decoherence by mediating energy exchange between microwave photons and acoustic phonons. Centrosymmetric materials like silicon and sapphire do not display piezoelectricity and are the preferred substrates for superconducting qubits. However, the broken centrosymmetry at material interfaces may lead to piezoelectric losses in qubits. While this loss mechanism was predicted two decades ago, interface piezoelectricity has not been experimentally observed in superconducting devices. Here, we report the observation of interface piezoelectricity at an aluminum-silicon junction and show that it constitutes an important loss channel for superconducting devices. We fabricate aluminum interdigital surface acoustic wave transducers on silicon and demonstrate piezoelectric transduction from room temperature to millikelvin temperatures. We find an effective electromechanical coupling factor of $K^2\approx 2 \times 10^{-5}\%$ comparable to weakly piezoelectric substrates. We model the impact of the measured interface piezoelectric response on superconducting qubits and find that the piezoelectric surface loss channel limits qubit quality factors to $Q\sim10^4-10^8$ for designs with different surface participation ratios and electromechanical mode matching. These results identify electromechanical surface losses as a significant dissipation channel for superconducting qubits, and show the need for heterostructure and phononic engineering to minimize errors in next-generation superconducting qubits.
- Abstract（参考訳）: 超伝導量子プロセッサの進化は、フォールトトレラント計算におけるエラーとスケールの削減の必要性によって引き起こされる。
物理量子ビットエラー率の低減には、超伝導量子ビットにおけるデコヒーレンス機構の微視的モデリングと制御のさらなる進歩が必要である。
圧電相互作用はマイクロ波光子と音響フォノン間のエネルギー交換を媒介することでデコヒーレンスに寄与する。
シリコンやサファイアのようなセントロ対称材料は圧電性を示さず、超伝導量子ビットの基板として好まれる。
しかし、材料界面における破壊された中心対称性は、クォービットの圧電損失をもたらす可能性がある。
この損失機構は20年前に予測されたが、界面圧電性は超伝導デバイスで実験的に観測されていない。
本稿では,アルミニウム-シリコン接合部における界面圧電特性の観察を行い,超伝導デバイスにとって重要な損失チャネルであることを示す。
シリコン上にアルミ粒間弾性表面波トランスデューサを作製し, 室温からミリケルビン温度への圧電変換を実証した。
K^2\approx 2 \times 10^{-5}\%=弱圧電性基板に匹敵する有効電気機械的結合係数を求める。
測定された界面圧電応答が超伝導量子ビットに与える影響をモデル化し, 圧電損失チャネルがクビット品質係数を$Q\sim10^4-10^8$に制限していることを見出した。
これらの結果から, 超伝導量子ビットの電気機械面損失は, 超伝導量子ビットに対する重要な散逸チャネルであり, 次世代超伝導量子ビットの誤差を最小限に抑えるため, ヘテロ構造と音波工学の必要性が示唆された。
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