論文の概要: Coulomb blockade in microscopic material defects as a source of decoherence and noise in solid-state quantum circuits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.15252v2
- Date: Fri, 17 Jul 2026 11:22:00 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-07-20 13:50:44.59134
- Title: Coulomb blockade in microscopic material defects as a source of decoherence and noise in solid-state quantum circuits
- Title（参考訳）: 固体量子回路のデコヒーレンスとノイズ源としての顕微鏡材料欠陥におけるクーロン遮断
- Abstract要約: 固体量子デバイスの臨界限界は、それらが製造される材料から生じる。
我々は、クーロン遮断とマイクロ波駆動による金属粒子の電荷トンネルに由来する、未認識の脱コヒーレンス機構を同定する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: A critical limitation of solid-state quantum devices arises from the materials from which they are fabricated: uncontrolled surfaces, interfaces, and structural imperfections introduce numerous sources of loss and decoherence. Despite extensive efforts, linking these decoherence mechanisms to their microscopic material origins -- essential for developing effective mitigation strategies -- remains an outstanding challenge that has slowed coherence improvements. Here, using scanning gate microscopy on live superconducting circuits we identify a previously unrecognised decoherence mechanism originating from Coulomb blockade and microwave-driven charge tunnelling in metallic grains. Such grains are ubiquitous in thin-film devices fabricated by standard lithography processes. By characterising multiple defects across different devices, we find such defects to be as common and as debilitating to device performance as two-level system (TLS) defects, while originating from a fundamentally different physical mechanism. Importantly, conventional characterisation techniques would misattribute this loss to other, microwave power-independent processes. Our observations thus reveal a widespread source of decoherence in superconducting circuits, challenging the prevailing paradigm that coherence lifetimes are primarily limited by TLS defects. Eliminating metallic grains during fabrication provides a clear and practical route to suppress this mechanism, offering a pathway towards improved coherence and reduced noise in microwave-based solid-state quantum devices.
- Abstract（参考訳）: 固体量子デバイスの限界は、それらが製造される材料から生じる: 制御されていない表面、界面、構造的欠陥は、多くの損失とデコヒーレンスの原因をもたらす。
大規模な努力にもかかわらず、これらのデコヒーレンス機構を顕微鏡的な物質源(効果的な緩和戦略の開発に欠かせない)に結びつけることは、コヒーレンスの改善を遅らせる顕著な課題である。
ここでは, 生きた超伝導回路上での走査ゲート顕微鏡を用いて, クーロン遮断とマイクロ波駆動による金属粒子の電荷トンネルに由来する, 未認識の脱コヒーレンス機構を同定する。
このような結晶は、標準的なリソグラフィープロセスで作製された薄膜デバイスに広く使われている。
異なるデバイスにまたがる複数の欠陥を特徴付けることで、そのような欠陥は、基本的に異なる物理的メカニズムから発生した2レベルシステム(TLS)欠陥と同様に、デバイス性能に不安定であることがわかった。
重要なことに、従来のキャラクタライゼーション技術は、この損失を他のマイクロ波パワー非依存プロセスに悪影響を及ぼす。
その結果,超伝導回路におけるデコヒーレンスの発生源が広く明らかとなり,コヒーレンス寿命は主にTLS欠陥によって制限されるという一般的なパラダイムに挑戦した。
製造中の金属粒子の除去は、マイクロ波ベースの固体量子デバイスにおけるコヒーレンスの改善とノイズ低減への道筋として、このメカニズムを抑制するための明確で実用的な経路を提供する。
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