論文の概要: Characterization of Radiation-Induced Errors in Superconducting Qubits Protected with Various Gap-Engineering Strategies

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.13460v1
• Date: Fri, 13 Mar 2026 17:05:51 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-17 16:19:35.227787
• Title: Characterization of Radiation-Induced Errors in Superconducting Qubits Protected with Various Gap-Engineering Strategies
• Title（参考訳）: 様々なギャップ・エンジニアリング・ストラテジーで保護された超電導ビットの放射線誘起誤差の評価
• Authors: H. Douglas Pinckney, Thomas McJunkin, Alan W. Hunt, Patrick M. Harrington, Hannah P. Binney, Max Hays, Yenuel Jones-Alberty, Kate Azar, Felipe Contipelli, Renée DePencier Piñero, Jeffrey M. Gertler, Michael Gingras, Aranya Goswami, Cyrus F. Hirjibehedin, Mingyu Li, Mathis Moes, Bethany M. Niedzielski, Mallika T. Randeria, Ryan Sitler, Matthew K. Spear, Hannah Stickler, Jiatong Yang, Wouter Van De Pontseele, Mollie E. Schwartz, Jeffrey A. Grover, Kevin Schultz, Kyle Serniak, Joseph A. Formaggio, William D. Oliver,
• Abstract要約: 高エネルギー粒子による影響は、ジョセフソン接合(JJs)近傍の準粒子密度を増大させることによって超伝導量子ビットの相関誤差を引き起こす 最近の実験では、超伝導ギャップエネルギーの差を量子ビットエネルギーよりも大きくすることで相関誤差を低減した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.2625670443629455
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Impacts from high-energy particles cause correlated errors in superconducting qubits by increasing the quasiparticle density in the vicinity of the Josephson junctions (JJs). Such errors are particularly harmful as they cannot be easily remedied via conventional error correcting codes. Recent experiments reduced correlated errors by making the difference in superconducting gap energy across the JJ larger than the qubit energy. In this work, we assess gap engineering near the JJ ($δΔ_{\mathrm{JJ}}$) and the capacitor/ground-plane ($δΔ_{\mathrm{M1}}$) by exposing arrays of transmon qubits to two sources of radiation. For $α$-particles from an $^{241}$Am source, we observe $T_1$ errors correlated in space and time, supporting a hypothesis that hadronic cosmic rays are a major contributor to the $10^{-10}$ error floor observed in Ref. 1. For electrons from a pulsed linear accelerator, we observe temporally correlated $T_1$ and $T_2$ errors, this measurement is insensitive to spatial correlations. We observe that the severity of correlated $T_1$ errors is reduced for qubit arrays with a greater degree of gap engineering at the JJ. For both $T_1$ and $T_2$ errors, the recovery time is hastened by an increased $δΔ_{\mathrm{M1}}$, which we attribute to the trapping of quasiparticles into the capacitor/ground-plane. We construct a model of quasiparticle dynamics that qualitatively agrees with our observations. This work reinforces the multifaceted influence of radiation on superconducting qubits and provides strategies for improving radiation resilience.
• Abstract（参考訳）: 高エネルギー粒子からの衝撃は、ジョセフソン接合(JJ)近傍の準粒子密度を増大させることによって超伝導量子ビットの相関誤差を引き起こす。 このようなエラーは、従来のエラー訂正コードでは容易に修正できないため、特に有害である。 最近の実験では、超伝導ギャップエネルギーの差を量子ビットエネルギーよりも大きくすることで相関誤差を低減した。 本研究では,JJ(δΔ_{\mathrm{JJ}}$)とキャパシタ/地上平面(δΔ_{\mathrm{M1}}$)の近傍のギャップ工学を,2つの放射源にトランスモン量子ビットのアレイを露出させることにより評価する。 例えば、$^{241}$Am源からの$α$-粒子について、空間と時間で相関した$T_1$エラーを観察し、ハドロン宇宙線がRef. 1で観測された10^{-10}$エラーフロアの主要な寄与であるという仮説を支持する。 パルス線形加速器からの電子に対しては、時間的に相関した$T_1$と$T_2$エラーを観測するが、この測定は空間的相関には無感である。 JJにおけるギャップエンジニアリングの程度が高いキュービットアレイに対して、相関する$T_1$エラーの重大度が低減されることを観察する。 T_1$ と $T_2$ の誤差に対して、回復時間は δΔ_{\mathrm{M1}}$ に増加する。 我々は、観察に質的に一致する準粒子動力学のモデルを構築した。 この研究は、超伝導量子ビットに対する放射線の多面的影響を強化し、放射線の弾力性を改善するための戦略を提供する。

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