钽包覆铌超导谐振器:通过表面钝化实现高内禀品质因数与时间稳定性提升
超导共面波导谐振器是量子处理器中的核心元件,其内部品质因数(Qi)直接制约量子比特的相干时间和读取保真度。在铌基器件中,毫开尔文温度下的微波损耗主要受与复杂NbOx表面氧化物相关的双能级系统(TLS)影响。为抑制这些损耗,该研究团队采用表面工程方案:通过原位沉积钽覆盖层来阻止Nb2O5生成,并将原生NbOx界面替换为钽基氧化物。研究人员在高阻硅基底上采用相同直流溅射与湿法刻蚀工艺,同步制备了Nb/Ta双层谐振器和对照Nb谐振器,并对其毫开尔文温区性能进行表征。新制备的钽封装器件在近单光子区展现出高达2.4×10^6的内部品质因数,其功率依赖特性表明金属-空气界面的TLS相关损耗显著降低。相同工艺制备的对照铌器件则表现出相对较低的QTLS值,印证了钽覆盖层的优化效果。六个月后的老化测试显示,Nb/Ta谐振器的QTLS值较初始值仅有适度下降,其性能仍优于新制备的纯铌器件。这些结果表明,薄层钽封装在保持与铌基工艺兼容性的同时,既能提升界面质量,又可增强器件的时间稳定性。

