論文の概要: Study of Magnetic Field Resilient High Impedance High-Kinetic Inductance Superconducting Resonators
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.13321v1
- Date: Mon, 17 Mar 2025 15:58:45 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-03-18 15:58:46.423714
- Title: Study of Magnetic Field Resilient High Impedance High-Kinetic Inductance Superconducting Resonators
- Title（参考訳）: 磁気抵抗型高キネティックインダクタンス超電導共振器の研究
- Authors: Camille Roy, Simone Frasca, Pasquale Scarlino,
- Abstract要約: 窒化ニオブ (NbN) およびグラニュラーアルミニウム (grAl) 薄膜から作製した超伝導共振器を比較した。
磁場ゼロでは、grAl製共振器はNbNの共振器よりもQ_i$高い値を示す。
NbNは、ハイブリッド回路量子電気力学用途に優れた磁場レジリエンスを提供する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: Superconducting resonators with high-kinetic inductance play a central role in hybrid quantum circuits, enabling strong coupling with quantum systems with small electric dipole moment and improved parametric amplification. However, optimizing these resonators simultaneously for high internal quality factors ($Q_i$) and resilience to strong magnetic fields remains challenging. In this study, we systematically compare superconducting resonators fabricated from niobium nitride (NbN) and granular aluminum (grAl) thin films, each having similar kinetic inductance values ($L_k \sim 100$ pH/sq). At zero magnetic field, resonators made from grAl exhibit higher $Q_i$ compared to their NbN counterparts. However, under applied magnetic fields, NbN resonators demonstrate significantly better resilience. Moreover, NbN resonators exhibit an unexpected increase in $Q_i$ at intermediate in-plane magnetic fields ($B_{\parallel} \sim 1$ T), which we attribute to an enhanced frequency detuning that reduce coupling to two-level system defects. In contrast, grAl resonators show a distinct critical field above which $Q_i$ rapidly decreases, strongly depending on resonator cross-section respect to the applied field direction. Characterization of the nonlinear properties at zero magnetic field reveals that the self-Kerr coefficient in grAl resonators is more than an order of magnitude higher than in NbN resonators, making grAl particularly attractive for applications requiring pronounced nonlinear interactions. Our findings illustrate a clear trade-off between the two materials: NbN offers superior magnetic-field resilience beneficial for hybrid circuit quantum electrodynamics applications, while grAl is more advantageous in low-field regimes demanding high impedance and strong nonlinearity.
- Abstract（参考訳）: 高速度インダクタンスを持つ超伝導共振器は、ハイブリッド量子回路において中心的な役割を果たし、小さな電気双極子モーメントを持つ量子システムとの強い結合を可能にし、パラメトリック増幅を改善した。
しかし、これらの共振器を高い内部品質因子(Q_i$)に同時に最適化することは困難である。
本研究では, 窒化ニオブ (NbN) とグラニュラーアルミニウム (grAl) 薄膜から作製した超伝導共振器を系統的に比較し, それぞれが類似の運動インダクタンス値 (L_k \sim 100$ pH/sq) を持つことを示した。
ゼロ磁場では、grAl製共振器はNbNの共振器よりもQ_i$高い値を示す。
しかし、印加磁場下ではNbN共振器は比抵抗が大幅に向上した。
さらに、NbN共振器は、中間平面磁場(B_{\parallel} \sim 1$T)において、予期せぬ$Q_i$の増加を示す。
対照的に、grAl共振器は、印加磁場方向に対する共振器断面積に強く依存して、上述のQ_i$が急速に減少する明確な臨界場を示す。
ゼロ磁場における非線形特性のキャラクタリゼーションにより、grAl共振器の自己Kerr係数はNbN共振器よりも桁違いに高いことが分かる。
NbNは、高インピーダンスと強い非線形性を要求する低磁場状態においてより有利である一方、grAlは、ハイブリッド回路の量子力学的応用に優れた磁場レジリエンスを提供する。
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