Un qubit interamente van der Waals

Abstract degli autori

I progressi nella fisica dello stato solido, nella scienza dei materiali e nell’ingegneria dei dispositivi hanno accelerato lo sviluppo dei qubit superconduttivi. Tra le piattaforme emergenti, i materiali van der Waals (vdW) e le loro eterostrutture sono potenzialmente interessanti come elementi costitutivi dei dispositivi quantistici, ma la loro realizzazione in architetture di qubit resta in gran parte inesplorata. In questo lavoro presentiamo un qubit superconduttivo interamente vdW, basato su una giunzione NbSe$_2$-hBN-NbSe$_2$, in cui un sottile strato di hBN fornisce simultaneamente l’accoppiamento di Josephson e lo shunt capacitivo tra due isole di NbSe$_2$, formando un transmon a «elemento integrato». La caratterizzazione temporale con tecniche di elettrodinamica quantistica dei circuiti (cQED) fornisce un tempo medio di rilassamento energetico $T_{1,\mathrm{avg}} = 55 ~μs$, un tempo medio di coerenza con eco di Hahn $T_{2\mathrm{E},\mathrm{avg}} = 21 ~μs$ e un tempo medio di coerenza di Ramsey $T_{2\mathrm{R},\mathrm{avg}} = 1.9~μs$. Il tempo di Ramsey relativamente breve è dovuto principalmente a una maggiore sensibilità al rumore di carica, in accordo con i parametri del dispositivo realizzato, e non a una limitazione fondamentale. Questi risultati mostrano che i qubit superconduttivi a elementi concentrati basati su eterostrutture vdW possono raggiungere tempi di coerenza paragonabili a quelli dei qubit convenzionali Al-AlO$_\mathrm{x}$-Al, offrendo al contempo un ingombro ridotto del dispositivo e un accoppiamento capacitivo parassita soppresso.