論文の概要: Impact of Oxygen Vacancies in Josephson Junction on Decoherence of Superconducting Qubits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.11469v1
• Date: Thu, 12 Mar 2026 02:47:22 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-13 14:46:25.827221
• Title: Impact of Oxygen Vacancies in Josephson Junction on Decoherence of Superconducting Qubits
• Title（参考訳）: ジョセフソン接合における酸素空孔が超伝導量子のデコヒーレンスに及ぼす影響
• Authors: Hanqin Bai, Shi-Yao Hou, Mu Lan,
• Abstract要約: アモルファスAl$O$_3$はバリア材料として広く用いられているが、照射下では酸素空孔(V$_O$)欠陥が容易に生成される。 第一原理計算を用いたアモルファスAl$O$_3$におけるV$_O$欠陥の構造特性と電子的影響について検討する。 その結果, 配向環境とV$_O$s濃度が電気伝導性に強く影響していることが示唆された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Superconducting quantum circuits are promising platforms for scalable quantum computing, where qubit coherence is critically determined by microscopic defects in the oxide tunneling barrier of Josephson junctions. Amorphous Al$_2$O$_3$ is widely used as a barrier material, but under irradiation, oxygen vacancy (V$_O$) defects are readily generated, introducing noise sources that accelerate qubit decoherence. We systematically investigate the structural characteristics and electronic impact of V$_O$ defects in amorphous Al$_2$O$_3$ using first-principles calculations and \textit{ab initio} molecular dynamics. Our results show that both the coordination environment and concentration of V$_O$s strongly influence electrical conductivity. In particular, two- and three-coordinated V$_O$s, unique to the amorphous structure, enhance conductivity more than conventional four-coordinated vacancies. Increasing V$_O$ concentration amplifies conductivity fluctuations, which we link to critical current noise in Josephson junctions. Using a noise model, we estimate that higher V$_O$ densities lead to shorter qubit coherence times. These findings provide insights for radiation-hard design of superconducting quantum devices.
• Abstract（参考訳）: 超伝導量子回路はスケーラブルな量子コンピューティングのプラットフォームとして有望であり、クビットコヒーレンスはジョセフソン接合の酸化物トンネル障壁の微細な欠陥によって決定される。 アモルファスAl$_2$O$_3$はバリア材料として広く用いられているが、照射下では酸素空孔(V$_O$)欠陥が容易に発生し、クビットデコヒーレンスを加速するノイズ源が導入された。 非晶質Al$_2$O$_3$におけるV$_O$欠陥の構造的特性と電子的影響を第一原理計算と \textit{ab initio} 分子動力学を用いて系統的に検討した。 その結果, 配向環境とV$_O$s濃度が電気伝導性に強く影響していることが示唆された。 特に、アモルファス構造に特有の2-および3-配向V$_O$sは、従来の4-配向真空よりも導電率を高める。 V$_O$濃度の上昇は導電率変動を増幅し、ジョセフソン接合における臨界電流ノイズと関連付ける。 ノイズモデルを用いて、より高いV$_O$密度がより短いクビットコヒーレンス時間をもたらすと推定する。 これらの知見は超伝導量子デバイスの放射線硬化設計の洞察を与える。

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