論文の概要: Precise 2D electric field density simulations for superconducting quantum devices
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.26242v1
- Date: Tue, 28 Jul 2026 20:23:14 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-07-30 21:06:25.466875
- Title: Precise 2D electric field density simulations for superconducting quantum devices
- Title（参考訳）: 超伝導量子デバイスのための高精度2次元電場密度シミュレーション
- Abstract要約: 2レベル系による誘電損失は、超伝導量子ビット緩和時間の制限要因である。
薄膜領域における電場密度の高精度なシミュレーションを可能にする高速境界積分方程式解法について述べる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.2491670910781398
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Dielectric loss due to two-level systems is a limiting factor for superconducting qubit relaxation times. These losses arise mostly from nanometer-scale interfacial defect regions in superconducting devices with planar dimensions of microns to millimeters, thus making it resource intensive to accurately simulate the electric field density in these regions with traditional electromagnetic solvers. In this work, we demonstrate a fast boundary integral equation solver that allows precise simulation of electric field density in these thin regions, showing a speedup of around two orders of magnitude over traditional solvers, with relative errors around $10^{-7}$ for a ten-minute solution runtime. By computing participation ratios through Green's first identity without squaring the electric field, our approach is less susceptible to the field singularities near conductor corners. We apply this solver to a basic untrenched coplanar waveguide cross-section, showing that the common assumption of participation ratio linearity with dielectric constant holds well for some interfaces and not others; in particular, while the metal-air (MA) top and corner follow this linear relationship strongly, the MA sidewall does not. We then compare isotropic and anisotropic etching, showing that the MA sidewall and the metal-air-substrate triple junction are the most strongly affected. We are currently leveraging this solver to explore geometries that will uniquely isolate the participation ratios of the different dielectrics. Finally, we are working to combine this solver framework with a full 3D microwave solver to accurately calculate participation ratios for the thin dielectrics that are known sources of loss in superconducting qubits.
- Abstract（参考訳）: 2レベル系による誘電損失は、超伝導量子ビット緩和時間の制限要因である。
これらの損失は主に、マイクロンの平面次元からミリメートルの超伝導デバイスにおけるナノスケールの界面欠陥領域から生じており、これらの領域の電場密度を従来の電磁分解器で正確にシミュレートするために資源を集中的に消費する。
本研究では,これらの薄板領域における電場密度の高精度なシミュレーションを可能にする高速境界積分方程式解法について,従来の解法に比べて約2桁の高速化を示し,相対誤差は10～7ドル程度であることを示す。
電場を平滑にすることなく、グリーンの最初の恒等式による参加率を計算することで、導体角付近の場の特異点に対して、我々のアプローチは受容できない。
この解法を基本非有界コプラナー導波路断面に適用し、誘電率と誘電率との参加比の線形性の共通仮定は、いくつかの界面に対してよく成り立つが、特に金属-空気(MA)上と角はこの線形関係に強く従っているが、MA側壁はそうではないことを示す。
次に異方性および異方性エッチングを比較し,MA側壁と金属-空気-基板三重接合が最も強い影響を受けていることを示す。
現在我々は、この解法を利用して、異なる誘電体の参加比をユニークに分離するジオメトリーを探索している。
最後に、超伝導量子ビットの損失源として知られる薄い誘電体に対する参加率を正確に計算するために、このソルバフレームワークとフル3次元マイクロ波ソルバを組み合わせることに取り組んでいる。
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