郑煜臻,朱博杰,武彪,黄永丹,陈建,黄荣,孙骏逸,贾浩林,顾俊,熊康林,*,冯加贵,*,杨辉,

(1中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所纳米真空互联实验站,江苏 苏州 215123;2材料科学姑苏实验室,江苏 苏州 215123)

0 引言

近年来,超导量子计算由于拥有巨大潜在的计算能力而受到广泛研究。实用的超导量子计算机需要能够实行大量的比特门操作,这就需要较长的相干时间[1]。作为超导量子芯片的重要组成部分,超导微波谐振器可以用来调控和读取量子比特的状态[2],也可以对超导量子比特材料质量进行表征,还可以用来研究超导量子比特的退相干机制。在远低于超导临界温度的环境和近单光子的功率时,超导微波谐振器的本征品质因子越高,超导量子比特的相干时间越长。

在毫开尔文的温度及单光子功率下,超导微波谐振器的损耗主要由二能级缺陷(TLS)引起,虽然二能级缺陷的物理机制还在探索中[3],但有研究表明这些二能级缺陷主要分布在器件的核心表界面和介电材料中[4,5]。为了减小超导微波谐振器的损耗,研究人员通过使用不同的衬底及超导材料、优化衬底处理及制备工艺、改变谐振器的设计参量等,使超导微波谐振器的品质因子得到了很大提升。

超导铝被广泛应用于量子计算的无源叉指电容、传输线和约瑟夫森结,因此制备低损耗的超导铝微波谐振器很有意义。本文通过不同衬底的处理方法比较、高质量铝薄膜的制备、超导微波谐振器工艺优化,基于本征硅(111)衬底上的铝薄膜,制备出了高质量的超导共面波导谐振器,在20 mK的温度和单光子功率下,将谐振器本征品质因子提升到106。……