論文の概要: 2D transmons with lifetimes and coherence times exceeding 1 millisecond

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.14798v1
• Date: Wed, 19 Mar 2025 00:16:51 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-20 15:22:10.447695
• Title: 2D transmons with lifetimes and coherence times exceeding 1 millisecond
• Title（参考訳）: 1ミリ秒を超える寿命とコヒーレンス時間を持つ2次元トランスモン
• Authors: Matthew P. Bland, Faranak Bahrami, Jeronimo G. C. Martinez, Paal H. Prestegaard, Basil M. Smitham, Atharv Joshi, Elizabeth Hedrick, Alex Pakpour-Tabrizi, Shashwat Kumar, Apoorv Jindal, Ray D. Chang, Ambrose Yang, Guangming Cheng, Nan Yao, Robert J. Cava, Nathalie P. de Leon, Andrew A. Houck,
• Abstract要約: 材料改良は超伝導量子ビットの損失とデコヒーレンスを低減するための強力なアプローチである。 最近の研究はタンタル(Ta)を基層としサファイアを基材とするトランスモンコヒーレンスを改善している。 基板を高比抵抗シリコン (Si) で置換するとバルク基板の損失が劇的に減少することを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.886934035705397
• License:
• Abstract: Materials improvements are a powerful approach to reducing loss and decoherence in superconducting qubits because such improvements can be readily translated to large scale processors. Recent work improved transmon coherence by utilizing tantalum (Ta) as a base layer and sapphire as a substrate. The losses in these devices are dominated by two-level systems (TLSs) with comparable contributions from both the surface and bulk dielectrics, indicating that both must be tackled to achieve major improvements in the state of the art. Here we show that replacing the substrate with high-resistivity silicon (Si) dramatically decreases the bulk substrate loss, enabling 2D transmons with time-averaged quality factors (Q) exceeding 1.5 x 10^7, reaching a maximum Q of 2.5 x 10^7, corresponding to a lifetime (T_1) of up to 1.68 ms. This low loss allows us to observe decoherence effects related to the Josephson junction, and we use improved, low-contamination junction deposition to achieve Hahn echo coherence times (T_2E) exceeding T_1. We achieve these material improvements without any modifications to the qubit architecture, allowing us to readily incorporate standard quantum control gates. We demonstrate single qubit gates with 99.994% fidelity. The Ta-on-Si platform comprises a simple material stack that can potentially be fabricated at wafer scale, and therefore can be readily translated to large-scale quantum processors.
• Abstract（参考訳）: 材料改良は、超伝導量子ビットの損失とデコヒーレンスを低減するための強力なアプローチである。 最近の研究はタンタル(Ta)を基層としサファイアを基材とするトランスモンコヒーレンスを改善している。 これらのデバイスの損失は、表面誘電体とバルク誘電体の両方から同等のコントリビューションを持つ2レベルシステム(TLS)によって支配されており、どちらも最先端の大幅な改善を達成するために取り組まなければならないことを示している。 ここでは, 基板を高比抵抗シリコン (Si) で置換することでバルク基板の損失を劇的に減少させ, 1.5 x 10^7以上の時間平均品質因子 (Q) を持つ2次元トランスモンを最大 Q 2.5 x 10^7 に達し, 最大 2.5 x 10^7 に達することを示し, この低損失により, ジョセフソン接合の脱コヒーレンス効果を観測でき, 改良された低汚染接合法を用いて, ハーンエコーコヒーレンス時間 (T_2E) をT_1以上とする。 量子ビットアーキテクチャの変更なしにこれらの材料の改善を実現し、標準量子制御ゲートを容易に組み込めるようにした。 99.994%の忠実度を持つ単一キュービットゲートを実証する。 Ta-on-Siプラットフォームは単純な材料スタックで構成されており、ウェハスケールで製造することができるため、大規模な量子プロセッサに容易に変換できる。

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