Mitigation of interfacial dielectric loss in aluminum-on-silicon superconducting qubits

量子位元 超导电性 硅 电介质 铝 材料科学 超导量子计算 光电子学 介电损耗 工程物理 电子工程 凝聚态物理 物理 复合材料 量子力学 量子 工程类
作者
Janka Biznárová,Amr Osman,Emil Rehnman,Lert Chayanun,Christian Križan,Per Malmberg,Marcus Rommel,Christopher Warren,Per Delsing,A. Yurgens,Jonas Bylander,Anita Fadavi Roudsari
出处
期刊:npj Quantum Information [Nature Portfolio]
卷期号:10 (1) 被引量:19
标识
DOI:10.1038/s41534-024-00868-z
摘要

Abstract We demonstrate aluminum-on-silicon planar transmon qubits with time-averaged T 1 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.
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