論文の概要: Native-oxide-passivated trilayer junctions for superconducting qubits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.03481v1
• Date: Fri, 04 Apr 2025 14:39:45 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-04-07 14:47:50.505342
• Title: Native-oxide-passivated trilayer junctions for superconducting qubits
• Title（参考訳）: 超伝導量子ビットのためのネイティブオキシド受動三層接合
• Authors: Pankaj Sethi, Om Prakash, Jukka-Pekka Kaikkonen, Mikael Kervinen, Elsa T. Mannila, Mário Ribeiro, Debopam Datta, Christopher W. Förbom, Jorden Senior, Renan P. Loreto, Joel Hätinen, Klaara Viisanen, Jukka I. Väyrynen, Alberto Ronzani, Antti Kemppinen, Visa Vesterinen, Mika Prunnila, Joonas Govenius,
• Abstract要約: 超伝導体-絶縁体-超伝導三層膜の減算パターンに基づく製造法が実現できた。 我々は、トランスモンのような量子ビットを設計、製造し、平均コヒーレンス時間を最大30$mu$sまで5GHzのキュービット周波数で測定する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.15710586783831507
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• Abstract: Superconducting qubits in today's quantum processing units are typically fabricated with angle-evaporated aluminum--aluminum-oxide--aluminum Josephson junctions. However, there is an urgent need to overcome the limited reproducibility of this approach when scaling up the number of qubits and junctions. Fabrication methods based on subtractive patterning of superconductor--insulator--superconductor trilayers, used for more classical large-scale Josephson junction circuits, could provide the solution but they in turn often suffer from lossy dielectrics incompatible with high qubit coherence. In this work, we utilize native aluminum oxide as a sidewall passivation layer for junctions based on aluminum--aluminum-oxide--niobium trilayers, and use such junctions in qubits. We design the fabrication process such that the few-nanometer-thin native oxide is not exposed to oxide removal steps that could increase its defect density or hinder its ability to prevent shorting between the leads of the junction. With these junctions, we design and fabricate transmon-like qubits and measure time-averaged coherence times up to 30 $\mu$s at a qubit frequency of 5 GHz, corresponding to a qubit quality factor of one million. Our process uses subtractive patterning and optical lithography on wafer scale, enabling high throughput in patterning. This approach provides a scalable path toward fabrication of superconducting qubits on industry-standard platforms.
• Abstract（参考訳）: 量子処理ユニットの超伝導量子ビットは通常、角度蒸発したアルミニウム-アルミニウム-酸化-アルミニウム-ジョゼフソン接合で製造されるが、量子ビットとジャンクションの規模を拡大する際には、このアプローチの限定的な再現性を克服する必要がある。より古典的な大規模ジョセフソン接合回路に使用される超伝導体-絶縁体-超伝導三層膜の引抜きパターンに基づく製造法は、ソリューションを提供することができるが、高量子ビットコヒーレンスと互換性のない損失誘電体に悩まされることが多い。 本研究では,アルミニウム-酸化アルミニウム-ニオブ三層膜をベースとした接合の側壁通過層としてネイティブ酸化アルミニウムを用い,そのような接合をクビットで使用する。 我々は, 極小ナノメートルのネイティブ酸化物が, その欠陥密度を増大させる酸化除去工程に曝されないか, 接合の先端間の短絡を防止できるか, 製造工程を設計した。 これらのジャンクションを用いて、トランスモンのような量子ビットを設計、製造し、平均的コヒーレンス時間を最大30$\mu$sまで5GHzの量子ビット周波数で測定する。 本プロセスでは, ウェーハスケールでのサブトラクティブ・パターニングと光リソグラフィを用いて, 高スループットのパターニングを実現している。 このアプローチは、産業標準プラットフォーム上での超伝導量子ビットの製作に向けたスケーラブルな経路を提供する。

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