通过原子层蚀刻与沉积技术提升铝基超导量子比特的使用寿命

该研究团队提出了一种结合原子层蚀刻与沉积(ALE和ALD)的干式表面处理技术,用于降低硅基铝薄膜全制备超导量子器件中的介电损耗。该处理作为器件封装前的最后工序,先通过ALE均匀去除暴露表面的原生金属氧化物与制备残留物,再原位利用ALD在金属表面沉积薄层电介质封装层。在经处理的铝基谐振器与平面transmon量子比特中,研究人员观测到由双能级系统(TLS)吸收导致的损耗降低了两倍。采用紧凑电容板及间隙结构的处理后transmon器件,其品质因数Q的中位值达(3.69±0.42)×10⁶,T₁寿命中位值为196±22微秒。这些性能提升可维持数月之久。研究指出,ALE与ALD联用技术能逆转制备过程导致的表面损伤,通过降低电容元件中TLS缺陷密度实现器件性能的显著且持久的改善。

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