論文の概要: Low loss superconducting resonators enabled by aluminum microstructural engineering and dielectric trimming
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.22265v1
- Date: Fri, 24 Jul 2026 13:00:37 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-07-27 20:58:57.129475
- Title: Low loss superconducting resonators enabled by aluminum microstructural engineering and dielectric trimming
- Title（参考訳）: アルミニウム微構造工学と誘電体トリミングによる低損失超伝導共振器
- Abstract要約: 超伝導回路の損失は、量子ビットコヒーレンス時間と共振器の品質要素を制限する。
本研究では,アルミニウム薄膜の粒径を非TLS損失,誘電体トリミングプロファイルと粗さをTLS損失に結びつける。
金属関連損失を低減するため, 蒸着時の加熱, 粒径の増大, 粒界密度の低下などによりアルミニウムの微細構造を設計した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.772922137604599
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Material losses in superconducting circuits fundamentally limit qubit coherence times and resonator quality factors. Most research efforts focus on mitigating losses at circuit interfaces, including metal--substrate, substrate--air, and metal--air interfaces. However, the correlation between TLS and non-TLS losses with the intrinsic properties of the superconducting metal and the dielectric edge smoothness is not well studied. In this work, we link the aluminum film grain size to non-TLS losses and the dielectric trimming profile and roughness to TLS loss; both loss mechanisms are subsequently mitigated. To reduce metal-related losses, we engineer the aluminum microstructure by heating during deposition, increasing grain size and reducing grain boundary density. Beyond mitigating metal losses, we introduce a two-step etching technique, Tropic etching, to suppress dielectric TLS loss by producing an ultra-smooth silicon surface with minimal defects and redeposition. These results lay out the fabrication pathway for aluminum resonators with lower loss, demonstrating two-orders-of-magnitude improvement in quality factor from $6\times10^{4}$ to $2.3\times10^{6}$. Since aluminum is the basis for most high-coherence Josephson junctions and dielectric edges are inherent to all common device geometries, the improvements in aluminum microstructure and edge profiling, presented here, can enhance the performance of superconducting quantum devices.
- Abstract（参考訳）: 超伝導回路における材料損失は、基本的に量子ビットコヒーレンス時間と共振器の品質要因を制限している。
ほとんどの研究は、金属基板、基板-空気、金属-空気界面などの回路界面の損失を軽減することに重点を置いている。
しかし, 超伝導金属の内在特性と誘電体エッジの滑らかさとのTLS損失と非TLS損失の相関はよく研究されていない。
本研究では,アルミニウム薄膜の粒径を非TLS損失,誘電体トリミングプロファイルと粗さをTLS損失に結びつける。
金属関連損失を低減するため, 蒸着時の加熱, 粒径の増大, 粒界密度の低下などによりアルミニウムの微細構造を設計した。
金属の損失を緩和する以外に、極小欠陥と再付着の少ない超平滑シリコン表面を作製することで誘電性TLS損失を抑制するための2段階エッチング技術であるトロピックエッチングを導入する。
これらの結果からアルミニウム共振器の低損失化を図り、品質係数を6\times10^{4}$から2.3\times10^{6}$に2次改善した。
アルミニウムは、ほとんどの高コヒーレンスなジョセフソン接合の基礎であり、誘電体エッジはすべての一般的なデバイスに固有のものであるため、ここで提示されたアルミニウムの微細構造とエッジプロファイリングの改善は超伝導量子デバイスの性能を向上させることができる。
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