Überschreitung der Millisekunden-Kohärenz in supraleitenden Quanten-Speichern auf einem Chip durch Optimierung von Materialien und Schaltungsdesign

Die Leistung supraleitender Quantenkreise für das Quantencomputing hat in den letzten Jahrzehnten enorm fortgeschritten; jedoch existiert noch kein umfassendes Verständnis der Relaxationsmechanismen. In dieser Arbeit nutzen wir einen Multimode-Ansatz zur Charakterisierung von Energieverlusten in supraleitenden Quantenkreisen, mit dem Ziel, die Geräteleistung vorherzusagen und die Kohärenz durch Optimierung von Materialien, Prozessen und Schaltungsdesign zu verbessern. Mit diesem Ansatz messen wir signifikante Reduktionen der Oberflächen- und Volumenverluste durch die Verwendung einer auf Tantal basierenden Materialplattform und geglühten Saphirsubstraten. Mit diesem Wissen sagen wir die Relaxationszeiten von Aluminium- und Tantal-basierten Transmon-Qubits voraus und stellen fest, dass sie mit experimentellen Ergebnissen übereinstimmen. Außerdem optimieren wir die Geometrie der Geräte, um die Kohärenz innerhalb einer koaxialen Tunnelarchitektur zu maximieren, und realisieren on-chip Quanten-Speicher mit Einzelphotonen-Ramsey-Zeiten von 2,0 - 2,7 ms, begrenzt durch ihre Energie-Relaxationszeiten von 1,0 - 1,4 ms. Diese Ergebnisse zeigen einen Fortschritt hin zu einer modulareren und kompakteren koaxialen Schaltungsarchitektur für bosonische Qubits mit reproduzierbar hoher Kohärenz.