Mitigation of interfacial dielectric loss in aluminum-on-silicon superconducting qubits
Artikel i vetenskaplig tidskrift, 2024

We demonstrate aluminum-on-silicon planar transmon qubits with time-averaged T1 energy relaxation times of up to 270 μs, corresponding to Q = 5 million, and a highest observed value of 501 μs. Through materials analysis techniques and numerical simulations we investigate the dominant source of energy loss, and devise and demonstrate a strategy toward its mitigation. Growing aluminum films thicker than 300 nm reduces the presence of oxide, a known host of defects, near the substrate-metal interface, as confirmed by time-of-flight secondary ion mass spectrometry. A loss analysis of coplanar waveguide resonators shows that this results in a reduction of dielectric loss due to two-level system defects. The correlation between the enhanced performance of our devices and the film thickness is due to the aluminum growth in columnar structures of parallel grain boundaries: transmission electron microscopy shows larger grains in the thicker film, and consequently fewer grain boundaries containing oxide near the substrate-metal interface.

Författare

Janka Biznárová

Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Kvantteknologi

Amr Osman

Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Kvantteknologi

Emil Rehnman

Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Kvantteknologi

Lert Chayanun

Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Kvantteknologi

Christian Krizan

Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Kvantteknologi

Per Malmberg

Chalmers, Kemi och kemiteknik, Kemi och biokemi

Marcus Rommel

Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Nanotekniklaboratoriet

Christopher Warren

Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Kvantteknologi

Per Delsing

Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Kvantteknologi

Avgust Yurgens

Fysik, kemi och bioteknik samt matematik och tekniskt basår

Jonas Bylander

Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Kvantteknologi

Anita Fadavi Roudsari

Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Kvantteknologi

npj Quantum Information

20566387 (eISSN)

Vol. 10 1 78

Open Superconducting Quantum Computers (OpenSuperQPlus)

Europeiska kommissionen (EU) (EC/HE/101113946), 2023-03-01 -- 2026-08-31.

Ämneskategorier

Annan fysik

Annan elektroteknik och elektronik

Den kondenserade materiens fysik

DOI

10.1038/s41534-024-00868-z

Mer information

Senast uppdaterat

2024-10-25