مقاله حفره های کواکسیال نیوبیم با فاکتورهای کیفیت داخلی بیش از 1.5 میلیارد برای الکترودینامیک کوانتومی مدار

چکیده

Group-V materials such as niobium and tantalum have become popular choices for extending the performance of circuit quantum electrodynamics (cQED) platforms allowing for quantum processors and memories with reduced error rates and more modes. The complex surface chemistry of niobium however makes identifying the main modes of decoherence difficult at millikelvin temperatures and single-photon powers. We use niobium coaxial quarter-wave cavities to study the impact of etch chemistry, prolonged atmospheric exposure, and the significance of cavity conditions prior to and during cooldown, in particular niobium hydride evolution, on single-photon coherence. We demonstrate cavities with quality factors of $Q_{\rm int}\gtrsim 1.4\times10^{9}$ in the single-photon regime, a $15$ fold improvement over aluminum cavities of the same geometry. We rigorously quantify the sensitivity of our fabrication process to various loss mechanisms and demonstrate a $2-4\times$ reduction in the two-level system (TLS) loss tangent and a $3-5\times$ improvement in the residual resistivity over traditional BCP etching techniques. Finally, we demonstrate transmon integration and coherent cavity control while maintaining a cavity coherence of \SI{11.3}{ms}. The accessibility of our method, which can easily be replicated in academic-lab settings, and the demonstration of its performance mark an advancement in 3D cQED.

چکیده به فارسی (ترجمه ماشینی)

مواد گروه V مانند Niobium و Tantalum به گزینه های محبوب برای گسترش عملکرد سیستم عامل های کوانتومی مدار (CQED) تبدیل شده اند که پردازنده ها و خاطرات کوانتومی را با کاهش نرخ خطا و حالت های بیشتر امکان پذیر می کنند.با این حال ، شیمی پیچیده سطح نیوبیوم باعث می شود که شیوه های اصلی دکوراسیون در دمای میلیکلوین و قدرتهای تک فوتونی دشوار باشد.ما از حفره های چهارم موج کواکسیال Niobium برای بررسی تأثیر شیمیایی اچ ، قرار گرفتن در معرض اتمسفر طولانی مدت و اهمیت شرایط حفره قبل و در هنگام کوئولد ، به ویژه تکامل هیدرید نیوبیوم ، بر انسجام تک فوتون استفاده می کنیم.ما حفره هایی را با فاکتورهای با کیفیت $ q _ {\ rm int} \ gtrsim 1.4 \ times10^{9} $ در رژیم تک فوتونی نشان می دهیم ، یک بهبود 15 دلار در حفره های آلومینیومی همان هندسه.ما به شدت حساسیت فرآیند ساخت خود را به مکانیسم های مختلف ضرر و زیان کم می کنیم و کاهش 2-4 \ برابر $ $ در سیستم دو سطح (TLS) ضرر مماس و بهبود 3-5 \ $ $ در مقاومت باقیمانده نسبت به باقیمانده نسبت به BCP سنتی BCP را نشان می دهیم.تکنیک های اچینگ.سرانجام ، ما ضمن حفظ انسجام حفره \ Si {11.3} {ms} ، ادغام ترانسون و کنترل حفره منسجم را نشان می دهیم.دسترسی به روش ما ، که به راحتی می تواند در تنظیمات دانشگاهی تکرار شود ، و نشان دادن عملکرد آن پیشرفت در CQED 3D را نشان می دهد.