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Un transmon al renio raggiunge 407 microsecondi, ma le perdite superficiali persistono
Un transmon al renio ha raggiunto un tempo di rilassamento medio nel tempo di 407 ± 34 microsecondi, mentre le perdite superficiali misurate erano paragonabili a quelle del tantalio. I ricercatori riferiscono che sul renio non è osservabile
Quantum.world Team · Scritto con l’IA · verificato ·
Un transmon al renio ha raggiunto un tempo di rilassamento di 407 microsecondi, ma l’assenza di uno strato osservabile di ossido nativo non ha offerto un vantaggio sulle perdite superficiali rispetto al tantalio. Il risultato, presentato in un articolo accettato da PRX Quantum il 29 ottobre, proviene da cinque dispositivi realizzati su zaffiro e colloca il renio tra i materiali competitivi per i qubit superconduttori, senza dimostrarne un vantaggio in termini di prestazioni.
Un dispositivo ha raggiunto 407 microsecondi
Il dispositivo con le prestazioni migliori ha registrato un tempo di rilassamento medio, T1, di 407 ± 34 microsecondi a 5,06 GHz, in misurazioni distribuite su circa 24 ore. T1 misura quanto tempo impiega un qubit eccitato a perdere energia; non misura ogni forma di coerenza. Gli altri quattro dispositivi hanno registrato medie di 297, 277, 201 e 205 microsecondi.
Considerando tutti e cinque i transmon, il fattore di qualità interno medio era di 9,1 milioni, corrispondente a un T1 medio di 289 ± 80 microsecondi a 5 GHz. I dispositivi utilizzavano piazzole capacitive in renio su zaffiro e giunzioni Josephson in alluminio. I ricercatori li hanno misurati a 20 millikelvin, campionando il tempo di rilassamento di ciascun dispositivo nell’arco di circa un giorno per rilevarne le fluttuazioni.
Nessun ossido nativo, ma le perdite superficiali persistono
Il renio ha attirato interesse perché impedisce la formazione di un ossido nativo in condizioni ambientali. I ricercatori hanno utilizzato la microscopia elettronica a trasmissione e la spettroscopia a raggi X a dispersione di energia per esaminare l’interfaccia tra metallo e aria; riferiscono che non è presente uno strato di ossido nativo su scala nanometrica. Hanno verificato se questa proprietà del materiale potesse ridurre la perdita dielettrica all’interfaccia, una possibile fonte di perdita di energia nei circuiti superconduttori. Le loro misurazioni hanno però rilevato che le perdite superficiali del renio e del tantalio sono paragonabili.
«Il nostro studio di caratterizzazione delle perdite rivela che le perdite superficiali del renio e del tantalio sono paragonabili, dimostrando che una formazione limitata di ossido nativo non garantisce una riduzione della perdita superficiale».
Scrivono Yanhao Wang, Suhas Ganjam, Ishan Narra, Luigi Frunzio e Robert J. Schoelkopf, gli autori dell’articolo.
Anche il bilancio delle perdite indica le superfici come la principale area di miglioramento. Nell’analisi degli autori, la regione di alluminio vicino alla giunzione ha un ruolo sproporzionatamente grande rispetto alla sua piccola estensione, mentre l’interfaccia tra renio e alluminio contribuisce poco. Le variazioni misurate tra dispositivi e nel tempo indicano inoltre che il risultato di 407 microsecondi va interpretato come la prestazione media nel tempo di un singolo dispositivo, non come il risultato tipico dell’intero campione.
Il renio compete con il tantalio, ma non lo supera
Gli autori affermano che i loro transmon al renio sono competitivi rispetto a quelli basati sul tantalio, ma non li superano. Il confronto ridimensiona il dato principale: lo studio dimostra che il renio può essere usato per realizzare transmon con lunghi tempi di vita, ma non mostra che la sola soppressione dell’ossido nativo migliori il rilassamento dei qubit. Gli autori suggeriscono che la contaminazione superficiale e la preparazione del materiale potrebbero contribuire a spiegare perché il beneficio atteso legato all’ossido non si sia manifestato.
Riferiscono inoltre che i film di renio non resistono al trattamento di pulizia piranha usato per il tantalio e affermano che il trattamento alternativo con acido solforico da loro utilizzato potrebbe lasciare contaminazione organica. La sperimentazione di altri metodi di pulizia è una delle strade che individuano per ridurre la perdita superficiale. Per ora, il benchmark misurato nello studio è un T1 di 407 ± 34 microsecondi sul miglior dispositivo al renio, a fronte di una media di 289 ± 80 microsecondi sui cinque dispositivi.