論文の概要: Compact superconducting vacuum-gap capacitors with low microwave loss and high mechanical coherence for scalable quantum circuits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.03211v2
- Date: Thu, 15 May 2025 09:23:08 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-05-16 14:06:35.838212
- Title: Compact superconducting vacuum-gap capacitors with low microwave loss and high mechanical coherence for scalable quantum circuits
- Title（参考訳）: スケーラブル量子回路用小型超伝導真空ギャップコンデンサの低マイクロ波損失と高機械的コヒーレンス
- Authors: Amir Youssefi, Mahdi Chegnizadeh, Marco Scigliuzzo, Tobias J. Kippenberg,
- Abstract要約: 超高コヒーレンスなメカニカルモーションをサポートする真空ギャップキャパシタの精密かつスケーラブルな製造法を提案する。
近年, 機械式発振器の地上冷却・スクイーズ化を実証し, 従来に比べて100倍の精度向上を実現した。
その他の成果としては、24の部位を持つ光学的トポロジカル格子の実現や、メカニカル・ヘキサマーにおける量子集合力学の観測がある。
- 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: Vacuum-gap capacitors have recently attracted significant interest in superconducting circuit platforms due to their compact design and exceptionally low dielectric losses in the microwave regime. Their intrinsic ability to support mechanical vibrational modes makes them well-suited for circuit optomechanics. However, precise control over the gap size and the realization of high-coherence mechanical modes remain longstanding challenges. Here, we present a detailed and scalable fabrication process for vacuum-gap capacitors that support ultra-high-coherence mechanical motion, exhibit low microwave loss, and occupy a significantly smaller footprint compared to conventional planar geometries. By employing a planarized $\mathrm{SiO}_2$ sacrificial layer, we achieve vacuum gaps on the order of 150 nm. Using this platform, we have recently demonstrated ground-state cooling and motion squeezing of a mechanical oscillator with a quality factor of 40 million, a 100-fold improvement compared to prior works, as well as a single-photon optomechanical coupling rate of approximately 15Hz. Additional achievements include the realization of an optomechanical topological lattice with 24 sites and the observation of quantum collective dynamics in a mechanical hexamer. Collectively, these results underscore the potential of vacuum-gap capacitors as a platform for coupling superconducting qubits to mechanical systems, enabling quantum storage, and probing gravitational effects in quantum mechanics.
- Abstract（参考訳）: 真空ギャップコンデンサは、そのコンパクトな設計とマイクロ波状態における比誘電損失が極端に低いため、超伝導回路プラットフォームに大きな関心を集めている。
メカニカル振動モードをサポートする本質的な能力は、回路光学に適している。
しかし、ギャップサイズを正確に制御し、高コヒーレンスなメカニカルモードを実現することは、長年にわたる課題である。
本稿では, 真空ギャップキャパシタの微細かつスケーラブルな製造プロセスについて述べる。これは超高コヒーレンスな機械的運動をサポートし, マイクロ波損失が低く, 従来の平面測地よりもはるかに少ないフットプリントを占有する。
平面化された$\mathrm{SiO}_2$ sacrificial 層を用いることで、150nmのオーダーで真空ギャップを実現する。
このプラットフォームを用いて, 従来よりも100倍向上し, 単光子オプティメカルカップリング速度が約15Hzであるメカニカル・オプティメカ・オプティメカ・カップリング特性を有するメカニカル・オプティカル・オプティカル・オプティメカ・カップリング特性を実証した。
その他の成果としては、24の部位を持つ光学的トポロジカル格子の実現や、メカニカル・ヘキサマーにおける量子集合力学の観測がある。
これらの結果は、超伝導量子ビットを機械システムに結合し、量子ストレージを可能にし、量子力学における重力効果を探索するためのプラットフォームとしての真空ギャップコンデンサの可能性を強調している。
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