論文の概要: On-chip microwave sensing of quasiparticles in tantalum superconducting circuits on silicon for scalable quantum technologies

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.07669v1
• Date: Tue, 09 Sep 2025 12:36:34 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-10 14:38:27.307249
• Title: On-chip microwave sensing of quasiparticles in tantalum superconducting circuits on silicon for scalable quantum technologies
• Title（参考訳）: スケーラブル量子技術のためのシリコン上のタンタル超伝導回路における準粒子のオンチップマイクロ波センシング
• Authors: Shima Poorgholam-Khanjari, Paniz Foshat, Mingqi Zhang, Valentino Seferai, Martin Weides, Kaveh Delfanazari,
• Abstract要約: シリコン上の高Qα-タンタルコプラナー導波路共振器における準粒子のオンチップマイクロ波センシングを実証した。 その結果, α-Taの準粒子密度はNbNの3分の1程度であることがわかった。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.10262304700896197
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The performance and scalability of superconducting quantum circuits are fundamentally constrained by non-equilibrium quasiparticles, which induce microwave losses that limit resonator quality factors and qubit coherence times. Understanding and mitigating these excitations is therefore central to advancing scalable quantum technologies. Here, we demonstrate on-chip microwave sensing of quasiparticles in high-Q {\alpha}-tantalum coplanar waveguide resonators on silicon, operated in the single-photon regime. Temperature-dependent measurements reveal persistent non-equilibrium quasiparticles at millikelvin temperatures, producing a measurable suppression of the internal quality factor (Qi) relative to theoretical expectations. By benchmarking across materials, we find that the quasiparticle density in {\alpha}-Ta is approximately one-third that of NbN at equivalent normalised temperatures (T/Tc), directly correlating with reduced microwave loss. Our methodology establishes a scalable platform for probing quasiparticle dynamics and points towards new routes for engineering superconducting circuits with improved coherence, with impact on qubit readout resonators, kinetic-inductance detectors, and emerging quantum processors and sensors.
• Abstract（参考訳）: 超伝導量子回路の性能と拡張性は、非平衡準粒子によって根本的に制約され、共振器の品質要因と量子コヒーレンス時間を制限するマイクロ波損失を誘導する。 したがって、これらの励起を理解し緩和することは、拡張性のある量子技術の発展の中心である。 ここでは、シリコン上の高Qタンタルコプラナー導波路共振器における準粒子のオンチップマイクロ波センシングについて述べる。 温度依存性の測定では、ミリケルビン温度で持続的な非平衡準粒子が示され、理論的な期待に対して内部品質係数(Qi)の測定可能な抑制が生じる。 材料間でのベンチマークにより, NbNの約3分の1の準粒子密度が, マイクロ波損失の減少と直接相関していることが判明した。 提案手法は, 量子量子プロセッサやセンサの開発において, 量子ビットリードアウト共振器, 運動インダクタンス検出器, および量子プロセッサやセンサに影響を及ぼすことなく, コヒーレンスを改良した超伝導回路を設計するための, 準粒子ダイナミクスを探索するためのスケーラブルなプラットフォームを構築した。

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