Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)

Verbesserung der Kohärenzeigenschaften von supraleitenden Phasen-Qubits durch den Einsatz geeigneter Isolations- materialien

Quantenmechanische Zwei-Zustands-Systeme, so genannte Quanten-Bits (Qubits), können mit supraleitenden Schaltungen auf der Basis kleiner Josephsonkontakte realisiert werden. In der PTB wurden verschiedene Typen von Phasen-Qubits in Nb/AlO_x/Nb Technologie hergestellt und in Kooperation mit der Universität Karlsruhe hinsichtlich ihrer Kohärenzeigenschaften bei mK-Temperaturen untersucht. Die ersten Proben, die mit der Standard-Herstellungstechnik unter Verwendung einer durch ein PECVD-Verfahren abgeschiedenen SiO₂-Isolationsschicht gefertigt wurden, zeigten eine verhältnismäßig kurze Kohärenzzeit für Rabi-Oszillationen von nur etwa 5 ns. Als Hauptursache für die kurze Kohärenzzeit wurden Zwei-Niveau-Fluktuatoren in der Isolationsschicht identifiziert, die quantenmechanisch an das Qubit koppeln. Eine zweite Serie von Proben, bei der die SiO₂-Schicht durch eine PECVD Si₃N₄-Schicht ersetzt wurde, zeigt eine signifikante Erhöhung der Kohärenzzeit für Rabi-Oszillationen auf etwa 15 ns. Dieses Resultat bestätigt die Vermutung, dass PECVD Si₃N₄ im Vergleich zu PECVD SiO₂ aufgrund der geringeren Dichte von Zwei-Niveau-Fluktuatoren das vorteilhaftere Isolationsmaterial für die Verwendung in supraleitenden Qubits ist.

Bild 1:
Foto einer Phasen-Qubit Schaltung und daran gemessene Rabi-Oszillationen.

Ansprechpartner:

Ralf Dolata

Fachbereich 2.4

Quantenelektronik

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