論文の概要: Device variability of Josephson junctions induced by interface roughness
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.03037v1
- Date: Tue, 03 Feb 2026 03:03:43 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-02-04 18:37:15.21094
- Title: Device variability of Josephson junctions induced by interface roughness
- Title（参考訳）: 界面粗さによるジョセフソン接合部のデバイス変動
- Authors: Yu Zhu, Félix Beaudoin, Hong Guo,
- Abstract要約: 超伝導量子ビットは一般にAl/AlO$_textx$/Al Josephson接合を用いて実現される。
本稿では,Al/AlO$_textx$インタフェースにおけるインタフェース粗さによって生じるジョセフソンエネルギー$E_J$の変動性のモデルを開発する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.352963819223116
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: As quantum processors scale to large qubit numbers, device-to-device variability emerges as a critical challenge. Superconducting qubits are commonly realized using Al/AlO$_{\text{x}}$/Al Josephson junctions operating in the tunneling regime, where even minor variations in device geometry can lead to substantial performance fluctuations. In this work, we develop a quantitative model for the variability of the Josephson energy $E_{J}$ induced by interface roughness at the Al/AlO$_{\text{x}}$ interfaces. The roughness is modeled as a Gaussian random field characterized by two parameters: the root-mean-square roughness amplitude $σ$ and the transverse correlation length $ξ$. These parameters are extracted from the literature and molecular dynamics simulations. Quantum transport is treated using the Ambegaokar--Baratoff relation combined with a local thickness approximation. Numerical simulations over $5,000$ Josephson junctions show that $E_{J}$ follows a log-normal distribution. The mean value of $E_{J}$ increases with $σ$ and decreases slightly with $ξ$, while the variance of $E_{J}$ increases with both $σ$ and $ξ$. These results paint a quantitative and intuitive picture of Josephson energy variability induced by surface roughness, with direct relevance for junction design.
- Abstract（参考訳）: 量子プロセッサが大きな量子ビット数にスケールするにつれて、デバイス間の可変性が重要な課題として現れます。
Al/AlO$_{\text{x}}$/Al Josephson ジャンクションはトンネル系で動作し、デバイス幾何学の小さなバリエーションでさえ、かなりの性能変動を引き起こす。
本研究では,Al/AlO$_{\text{x}}$インタフェースにおける界面粗さによって生じるジョセフソンエネルギー$E_{J}$の変数の定量的モデルを開発する。
粗さは2つのパラメータにより特徴づけられるガウス確率場としてモデル化される。
これらのパラメータは、文献および分子動力学シミュレーションから抽出される。
量子輸送はAmbegaokar-Baratoff関係と局所的な厚さ近似を組み合わせることで処理される。
5000ドルを超えるジョセフソン接合の数値シミュレーションは、$E_{J}$が対数正規分布に従うことを示している。
平均値である$E_{J}$は$σ$で増加し、わずかに$s$で減少する一方、$E_{J}$の分散は$σ$と$s$で増加する。
これらの結果は表面粗さによって引き起こされるジョセフソンのエネルギー変動の定量的かつ直感的な図式であり、接合設計の直接的な関連性を示している。
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