Fortschritte bei supraleitenden Qubits mit Titan

Supraleitende Qubits sind ne wichtige Technologie für die Entwicklung von Quantencomputern. Aber es gibt Herausforderungen, die angepackt werden müssen, vor allem was ihre Leistung angeht. Ein wichtiger Aspekt von Qubits sind die Kohärenzzeiten, die direkt beeinflussen, wie gut sie Berechnungen durchführen können. Diese Zeiten zu erhöhen, ist entscheidend, um zuverlässigere Quantencomputer zu bauen.

#Was sind Josephson-Kontakte und Transmons?

Josephson-Kontakte sind wichtige Komponenten in supraleitenden Schaltungen. Sie werden hergestellt, indem eine isolierende Schicht zwischen zwei supraleitenden Materialien eingeklemmt wird. Transmons sind eine spezielle Art von Qubits, die diese Kontakte nutzen, um Informationen zu speichern und zu verarbeiten.

In unserer Arbeit haben wir uns darauf konzentriert, die Leistung von Josephson-Kontakten und Transmons zu verbessern, indem wir ihre Struktur verändert haben. Wir haben die Spalten in diesen Kontakten so gestaltet, dass ihre Leistung besser wird. Dabei haben wir Materialien wie Titan (Ti) verwendet, um die Eigenschaften der supraleitenden Schichten zu verändern.

#Die Rolle von Titan in Qubits

In unseren Geräten haben wir Titan verwendet, um asymmetrische Spalten in den supraleitenden Kontakten zu schaffen. Das Ziel war es, die Supraleitende Lücke in einer der Schichten zu senken, um die Gesamtfunktion zu verbessern. Wir haben beobachtet, dass wir durch diese Massnahme bestimmte unerwünschte Ströme reduzieren konnten, die die Leistung des Qubits beeinträchtigen können. Diese Verbesserungen sind entscheidend, um längere Kohärenzzeiten und eine bessere Betriebsgenauigkeit zu erreichen.

#Methoden zur Herstellung

Wir haben verschiedene Techniken verwendet, um diese Kontakte zu erstellen. Der Herstellungsprozess umfasste mehrere Schritte, wie das Abscheiden von Metallschichten, das Oxidieren dieser Schichten zur Schaffung der isolierenden Barriere und dann das Formen der Kontakte. Wir haben unsere Geräte sorgfältig entworfen, um sicherzustellen, dass sie bei niedrigen Temperaturen gut funktionieren.

Die Abmessungen der Kontakte waren ziemlich klein, was für ihre Funktionsweise essenziell ist. Wir haben Geräte mit unterschiedlichen Strukturen erstellt, um ihr Verhalten zu vergleichen. Speziell haben wir Kontakte mit und ohne die Titanschicht getestet und auch mit zusätzlichen ungeordneten Schichten, um zu sehen, wie sich diese Änderungen auf die Leistung auswirken.

#Messung der Leistung

Um die Leistung unserer Kontakte und Transmons zu bewerten, haben wir verschiedene Messungen bei niedrigen Temperaturen durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Tests zeigten erhebliche Unterschiede im Verhalten basierend auf den verwendeten Strukturen.

In Geräten ohne die Titanschicht stellten wir fest, dass die Energieentspannungszeiten viel besser waren. Das bedeutet, dass sie ihren Quantenzustand länger halten konnten, was sie zuverlässiger machte. Im Gegensatz dazu zeigten die Geräte mit der Titanschicht viel kürzere Entspannungszeiten, was darauf hinweist, dass sie nicht so stabil waren.

Als wir jedoch eine zusätzliche ungeordnete Schicht zwischen dem Aluminium und dem Titan einführten, erlebten wir eine bemerkenswerte Verbesserung. Diese Änderung half, die Probleme, die durch das Titan verursacht wurden, zu mindern und führte zu längeren Kohärenzzeiten für die Qubits.

#Beobachtungen zu supraleitenden Lücken

Wir konzentrierten uns darauf, die supraleitenden Lücken in unseren Kontakten zu messen. Diese Lücken sind entscheidend für die Funktionsweise der Kontakte und beeinflussen direkt deren Leistung. Durch die Änderung der verwendeten Materialien in den Kontakten konnten wir Veränderungen in der Lückengrösse beobachten.

Für die Kontakte mit Titan war die supraleitende Lücke deutlich reduziert. Diese Modifikation verschob das Stromverhalten in den Kontakten, was uns ermöglicht hat, genauere Messungen der Qubit-Leistung vorzunehmen.

Die Einführung der ungeordneten Schicht stellte zudem einige der verlorenen Eigenschaften wieder her, wodurch die Qubits effektiver arbeiten konnten als die mit nur der Titanschicht.

#Einfluss der Temperatur

Temperatur spielt eine wichtige Rolle bei der Funktionsweise von supraleitenden Qubits. Während wir unsere Experimente durchführten, variierten wir die Temperaturen, um zu sehen, wie dies die Entspannungszeiten unserer Geräte beeinflusste. Wir fanden heraus, dass die Qubits manchmal besser funktionierten, wenn die Temperatur stieg, allerdings wieder abfielen bei höheren Temperaturen.

Im Allgemeinen führten niedrigere Temperaturen zu besserer Leistung bei den Standard-Kontakten. Die Geräte mit der Titanschicht hingegen reagierten nicht so positiv, was darauf hinweist, dass das Titan deren Stabilität bei Temperaturschwankungen beeinflusste.

#Zukünftige Richtungen

Unsere Ergebnisse legen mehrere Möglichkeiten für zukünftige Forschungen nahe. Ein Ansatz könnte darin bestehen, die Titanschicht unter anderen Materialien zu vergraben, um Oxidation zu verhindern, was die Stabilität verbessern könnte. Ausserdem könnte der Einsatz verschiedener supraleitender Materialien für die Kontakte insgesamt zu besserer Leistung führen.

Es gibt auch das Potenzial, die Verwendung von ungeordneten Schichten in Kombination mit verschiedenen Strukturen weiter zu erforschen, um die Kohärenzzeiten in Transmons zu maximieren. Jede Modifikation kann uns näher zu zuverlässigeren Quantencomputersystemen bringen.

#Fazit

Zusammengefasst haben wir gezeigt, dass wir durch die Gestaltung der Spalten in unseren supraleitenden Kontakten ihre Leistung erheblich beeinflussen können. Die Einführung von Titan, zusammen mit der Zugabe von ungeordneten Schichten, ermöglichte uns, sowohl Verbesserungen als auch Herausforderungen im Betrieb der Qubits zu beobachten.

Die Suche nach besseren Kohärenzzeiten in supraleitenden Qubits geht weiter, und unsere Ergebnisse ebnen den Weg für zukünftige Verbesserungen in der Quantencomputing-Technologie. Durch sorgfältige Materialauswahl und strukturelle Modifikationen können wir weiterhin Qubits entwickeln, die stabiler und effizienter sind, was letztlich zur Realisierung praktischer Quantencomputer beiträgt.