論文の概要: Evidence of Memory Effects in the Dynamics of Two-Level System Defect Ensembles Using Broadband, Cryogenic Transient Dielectric Spectroscopy

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.18263v2
• Date: Wed, 23 Jul 2025 18:31:55 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-25 15:10:41.528696
• Title: Evidence of Memory Effects in the Dynamics of Two-Level System Defect Ensembles Using Broadband, Cryogenic Transient Dielectric Spectroscopy
• Title（参考訳）: 広帯域極低温過渡誘電体分光法による二層系欠陥アンサンブルのダイナミクスにおける記憶効果の証拠
• Authors: Qianxu Wang, Sara Magdalena Gómez, Juan S. Salcedo-Gallo, Roy Leibovitz, Jake Freeman, Salil Bedkihal, Mattias Fitzpatrick,
• Abstract要約: 誘電体中の2レベル系(TLS)欠陥は超伝導回路におけるデコヒーレンスの主要な原因である。 本研究では,TLS欠陥のアンサンブルの低温探傷を可能にするブロードバンド3次元導波路分光法を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Two-level system (TLS) defects in dielectrics are a major source of decoherence in superconducting circuits, yet their atomistic origin, frequency distribution, and dipole moments remain poorly understood. Current probes, which are predominantly based on qubits or resonators, require complex fabrication and only measure defects within a narrow frequency band and limited mode volume, hindering direct insight into TLS defect behaviour in isolated materials and interfaces. Here, we introduce a broadband 3D waveguide spectroscopy technique that enables cryogenic probing of ensembles of TLS defects that we call Broadband Cryogenic Transient Dielectric Spectroscopy (BCTDS). Complementary to the dielectric dipper method, this approach probes a broader spectrum and reveals interference of drive-induced sidebands of the ensembles of TLS defects. The broadband and power-tunable nature of BCTDS makes it especially well-suited to the study of dressed-state physics in driven ensembles of TLS defects, including multi-photon processes and sideband-resolved dynamics. Additionally, BCTDS enables the identification of eigenmode frequencies of the undriven ensembles of TLS defects through characteristic V-shaped features obtained via Fourier analysis of time-domain signals, and shows evidence of memory effects arising from interactions and the broadband nature of our approach. Crucially, our method is modular and can be applied throughout the device fabrication process, informing mitigation strategies and advancing the design of low-loss materials with broad implications for quantum technologies and materials science.
• Abstract（参考訳）: 誘電体における2レベル系(TLS)欠陥は超伝導回路におけるデコヒーレンスの主要な原因であるが、その原子の起源、周波数分布、双極子モーメントはよく分かっていない。 現在のプローブは、主に量子ビットまたは共振器に基づいており、複雑な製造を必要とし、狭い周波数帯域内の欠陥と限られたモード体積だけを測定し、孤立した材料や界面におけるTLSの欠陥挙動に関する直接的な洞察を妨げる。 本稿では,Broadband Cryogenic Transient Dielectric Spectroscopy (BCTDS) と呼ぶTLS欠陥のアンサンブルの低温探傷を可能にする広帯域3次元導波路分光法を提案する。 誘電体ジッパー法を補完し、より広いスペクトルを探索し、TLS欠陥のアンサンブルの駆動誘起側バンドの干渉を明らかにする。 BCTDSのブロードバンドとパワーチューナブルな性質は、多光子過程やサイドバンド分解されたダイナミクスを含むTLS欠陥の駆動アンサンブルにおける着衣状態物理学の研究に特に適している。 さらに、BCTDSは、時間領域信号のフーリエ解析により得られた特性V字型特徴を通してTLS欠陥の非駆動アンサンブルの固有モード周波数を同定し、我々のアプローチの相互作用とブロードバンド特性から生じるメモリ効果の証拠を示す。 重要なことは,本手法はモジュール構造であり,デバイス製造プロセス全体にわたって適用可能であり,緩和戦略を実行し,量子技術や材料科学に幅広い意味を持つ低損失材料の設計を推し進める。

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