論文の概要: Non-equilibrium Dynamics of Two-level Systems directly after Cryogenic Alternating Bias

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.19223v2
• Date: Tue, 30 Sep 2025 21:59:49 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-02 12:11:26.759894
• Title: Non-equilibrium Dynamics of Two-level Systems directly after Cryogenic Alternating Bias
• Title（参考訳）: 低温交互バイアス後の2レベル系の非平衡ダイナミクス
• Authors: V. Iaia, E. S. Joseph, S. Im, N. Hagopian, S. O'Kelley, C. Kim, N. Materise, S. Patra, V. Lordi, M. A. Eriksson, P. M. Voyles, K. G. Ray, Y. J. Rosen,
• Abstract要約: 2レベルシステム(TLS)は、電気的に量子ビット、共振器、振動モードと結合するアモルファス材料で一般的に見られるトンネル状態である。 近年の研究では、大きな交流電場を適用すると酸化物の構造が変化し、量子ビットと共振器の性能が向上する可能性が示唆されている。 低温における交互バイアスがアモルファス酸化物パラレルプレートコンデンサ内のTLSダイナミクスに及ぼす影響を調べた。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Two-level systems (TLSs) are tunneling states commonly found in amorphous materials that electrically couple to qubits, resonators, and vibrational modes in materials, leading to energy loss in those systems. Recent studies suggest that applying a large alternating electric field changes the oxide structure, potentially improving the performance of qubits and resonators. In this study, we probe the effect of alternating bias at cryogenic temperatures on TLS dynamics within amorphous oxide parallel-plate capacitors operating in the strongly coupled regime. We bias the TLSs in the capacitors using an electric field. This allows us to spectroscopically image TLSs and extract their densities and dipole moments. When an in-situ alternating bias is applied, the steady-state spectra from the standard TLS model disappear. Post-alternating bias TLS spectroscopy reveals transient behavior, in which the TLS frequency fluctuates on the order of minutes. Thermal cycling above 10 K reverses these effects, restoring the TLS spectrum to its original state, indicating a reversible mechanism. Importantly, the intrinsic loss tangent of the LC oscillator remains unchanged before and after the application of the alternating bias. We propose that the disappearance of the steady-state spectrum are caused by non-equilibrium energy build up from strain in the oxide film introduced by the pulsed voltage bias sequence. Understanding this non-equilibrium energy could inform future models of time-dependent TLS dynamics.
• Abstract（参考訳）: 2レベル系(TLS)は、電気的に量子ビット、共振器、振動モードに結合するアモルファス材料で一般的に見られるトンネル状態であり、これらの系においてエネルギー損失をもたらす。 近年の研究では、大きな交流電場を適用すると酸化物の構造が変化し、量子ビットと共振器の性能が向上する可能性が示唆されている。 本研究では, 強結合系で動作する非晶質酸化物パラレルプレートコンデンサ内のTLSダイナミクスに及ぼす低温における交互バイアスの影響について検討した。 我々は電界を用いてコンデンサ内のTLSをバイアスする。 これにより、TLSを分光画像化し、密度と双極子モーメントを抽出できる。 In-situ alternating bias を適用すると、標準TLSモデルからの定常スペクトルが消える。 交互バイアスTLS分光法は、TLS周波数が分順に変動する過渡的な挙動を示す。 10K以上の熱サイクリングはこれらの効果を逆転させ、TLSスペクトルを元の状態に戻し、可逆的な機構を示す。 重要なことに、LC発振器の固有損失接地は、交互バイアスの適用前後で変化しない。 パルス電圧バイアスシーケンスによって導入された酸化物薄膜のひずみから生じる非平衡エネルギーにより、定常スペクトルの消失が生じることを提案する。 この非平衡エネルギーを理解することは、時間依存TLS力学の将来のモデルに影響を及ぼす可能性がある。

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