論文の概要: Quantifying Trapped Magnetic Vortex Losses in Niobium Resonators at mK Temperatures
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.14616v2
- Date: Fri, 21 Mar 2025 03:56:20 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-03-24 11:33:39.318439
- Title: Quantifying Trapped Magnetic Vortex Losses in Niobium Resonators at mK Temperatures
- Title（参考訳）: ニオブ共振器のmK温度におけるトラッピング磁性渦損失の定量
- Authors: D. Bafia, B. Abdisatarov, R. Pilipenko, Y. Lu, G. Eremeev, A. Romanenko, A. Grassellino,
- Abstract要約: ニオブ中のトラップされた磁気渦は超伝導デバイスにマイクロ波損失をもたらすことがある。
ミリケルビン温度まで低下するニオブ系量子デバイスにおいて,磁気渦による損失を初めて定量化する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License:
- Abstract: Trapped magnetic vortices in niobium can introduce microwave losses in superconducting devices, affecting both niobium-based qubits and resonators. While our group has extensively studied this problem at temperatures above 1~K, in this study we quantify for the first time the losses driven by magnetic vortices for niobium-based quantum devices operating down to millikelvin temperature, and in the low photon counts regime. By cooling a single interface system a 3-D niobium superconducting cavity in a dilution refrigerator through the superconducting transition temperature in controlled levels of magnetic fields, we isolate the flux-induced losses and quantify the added surface resistance per unit of trapped magnetic flux. Our findings indicate that magnetic flux introduces approximately 2~n$\Omega /$mG at 10 mK and at 6 GHz in high RRR niobium. We find that the decay rate of a 6 GHz niobium cavity at 10 mK which contains a native niobium pentoxide will be dominated by the TLS oxide losses until vortices begin to impact $T_1$ for trapped magnetic field ($B_{\text{trap}}$) levels of $>$100 mG. In the absence of the niobium pentoxide, $B_{\text{trap}}=$ 10 mG limits $Q_0\sim$ 10$^{10}$, or $T_1\sim$ 350 ms, highlighting the importance of magnetic shielding and magnetic hygiene in enabling $T_1>$ 1 s. We observe that the flux-induced resistance decreases with temperature-yet remains largely field-independent, qualitatively explained by thermal activation of vortices in the flux-flow regime. We present a phenomenological model which captures the salient experimental observations. Our results suggest that niobium-based transmon qubits could be robust against vortex dissipation up to several hundreds mG. We are directly addressing vortex losses in transmon qubits made with low RRR Nb films in a separate experimental study.
- Abstract（参考訳）: ニオブの捕捉された磁気渦は超伝導デバイスにマイクロ波損失をもたらし、ニオブベースの量子ビットと共振器の両方に影響を及ぼす。
我々のグループは、この問題を1〜K以上の温度で広範囲に研究してきたが、この研究では、ミリケルビン温度まで下降するニオブ系量子デバイスにおける磁気渦による損失と、低光子カウントレギュレーションにおいて、初めて定量化した。
磁場制御レベルにおける超伝導転移温度を通じて, 希釈冷凍機内の3次元ニオブ超伝導空洞を冷却することにより, 磁束誘起損失を分離し, 捕捉磁束単位当たりの表面抵抗を定量化する。
以上の結果から,磁気フラックスは10mKで約2～n$\Omega/$mG,高RRRニオブでは6GHzで導入されている。
1酸化ニオブを母体とする10mKでの6GHzニオブ共振器の崩壊速度はTLS酸化物の損失で支配され, 渦が捕捉磁場(B_{\text{trap}}$)レベルが100mGに達するまで, 渦はT_1$に達する。
B_{\text{trap}}=$ 10 mG limit $Q_0\sim$ 10$^{10}$、または$T_1\sim$350 msは、磁気シールドと磁気衛生の重要性を強調している。
フラックス誘起抵抗は, フラックス-フロー系における渦の熱活性化によって定性的に説明され, 主に磁場に依存しないままである。
本稿では, 健全な実験観測を捉えた現象論的モデルを提案する。
以上の結果から,ニオブ系トランスモンキュービットは数百mGまでの渦放出に対して堅牢である可能性が示唆された。
我々は、RRR Nb薄膜を用いたトランスモン量子ビットの渦損失を、別の実験で直接解決する。
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