論文の概要: Vortex Motion Induced Losses in Tantalum Resonators

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.03168v1
• Date: Wed, 05 Mar 2025 04:22:48 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-06 15:50:49.641141
• Title: Vortex Motion Induced Losses in Tantalum Resonators
• Title（参考訳）: タンタル共振器における渦運動による損失
• Authors: Faranak Bahrami, Matthew P. Bland, Nana Shumiya, Ray D. Chang, Elizabeth Hedrick, Russell A. McLellan, Kevin D. Crowley, Aveek Dutta, Logan Bishop-Van Horn, Yusuke Iguchi, Aswin Kumar Anbalagan, Guangming Cheng, Chen Yang, Nan Yao, Andrew L. Walter, Andi M. Barbour, Sarang Gopalakrishnan, Robert J. Cava, Andrew A. Houck, Nathalie P. de Leon,
• Abstract要約: タンタル(Ta)ベースの共振器の損失は、低マイクロ波パワーとミリケルビン温度の2レベルシステムによって支配されている。 熱活性化マイクロ波損失の発生源として渦運動による損失を同定した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.19103292214898
• License:
• Abstract: Tantalum (Ta) based superconducting circuits have been demonstrated to enable record qubit coherence times and quality factors, motivating a careful study of the microscopic origin of the remaining losses that limit their performance. We have recently shown that the losses in Ta-based resonators are dominated by two-level systems (TLSs) at low microwave powers and millikelvin temperatures. We also observe that some devices exhibit loss that is exponentially activated at a lower temperature inconsistent with the superconducting critical temperature (Tc) of the constituent film. Specifically, dc resistivity measurements show a Tc of over 4 K, while microwave measurements of resonators fabricated from these films show losses that increase exponentially with temperature with an activation energy as low as 0.3 K. Here, we present a comparative study of the structural and thermodynamic properties of Ta-based resonators and identify vortex motion-induced loss as the source of thermally activated microwave loss. Through careful magnetoresistance and x-ray diffraction measurements, we observe that the increased loss occurs for films that are in the clean limit, where the superconducting coherence length is shorter than the mean free path. Vortex motion-induced losses are suppressed for films in the dirty limit, which show evidence of structural defects that can pin vortices. We verify this hypothesis by explicitly pinning vortices via patterning and find that we can suppress the loss by microfabrication.
• Abstract（参考訳）: タンタル(Ta)をベースとした超伝導回路は、記録量子ビットのコヒーレンス時間と品質要因を可能にすることが実証されており、残りの損失の微視的起源を慎重に研究し、性能を制限している。 近年,Ta系共振器の損失は低マイクロ波パワーとミリケルビン温度の2レベルシステム(TLS)に支配されていることが示されている。 また, 構成膜の超伝導臨界温度 (Tc) に反し, 低温で指数関数的に活性化される損失を示す装置が存在することも確認した。 具体的には、Dc比抵抗測定はTcが4K以上であるのに対して、これらの膜から作製された共振器のマイクロ波測定は、活性化エネルギーが0.3K以下の温度で指数関数的に増加する損失を示す。 超伝導コヒーレンス長が平均自由経路よりも短いクリーン限界のフィルムに対して、磁気抵抗とX線回折測定により損失が増加することが観察された。 渦運動による損失は汚れの限界にあるフィルムに対して抑制され、これは渦をピンする構造的欠陥の証拠である。 パターン化によって渦を明示的に固定することでこの仮説を検証し,マイクロファブリケーションにより損失を抑えることができることを確認した。

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