Avancées dans les qubits supraconducteurs avec du titane

Les qubits supraconducteurs sont une technologie clé dans le développement des ordinateurs quantiques. Mais il y a des défis à relever, surtout en ce qui concerne leur performance. Un aspect critique des qubits, c’est leurs temps de cohérence, qui influencent directement leur capacité à effectuer des calculs. Augmenter ces temps est essentiel pour construire des ordinateurs quantiques plus fiables.

#C'est quoi les Jonctions de Josephson et les Transmons ?

Les jonctions de Josephson sont des composants importants utilisés dans les circuits supraconducteurs. Elles sont faites en sandwichant une couche isolante entre deux matériaux supraconducteurs. Les transmons sont un type spécifique de qubit qui utilise ces jonctions pour stocker et traiter des informations.

Dans notre travail, on s'est concentrés sur l'amélioration des performances des jonctions de Josephson et des transmons en modifiant leur structure. On a conçu les espaces dans ces jonctions pour améliorer leur performance. Ça implique d'utiliser des matériaux comme le Titane (Ti) pour changer les propriétés des couches supraconductrices.

#Le rôle du Titane dans les Qubits

Dans nos appareils, on a utilisé du titane pour créer des espaces asymétriques dans les jonctions supraconductrices. L’objectif était de diminuer l'espace supraconducteur dans une des couches pour améliorer la fonction globale. On a remarqué qu'en faisant ça, on pouvait réduire certains courants indésirables qui peuvent interférer avec la performance du qubit. Ces améliorations sont super importantes pour obtenir des temps de cohérence plus longs et une meilleure fidélité d'opération.

#Méthodes de Fabrication

On a utilisé plusieurs techniques pour créer ces jonctions. Le processus de fabrication a impliqué plusieurs étapes, comme déposer des couches de métal, les oxydant pour créer la barrière isolante, et ensuite former les jonctions. On a soigneusement conçu nos appareils pour s'assurer qu'ils fonctionnent bien à basse température.

Les dimensions des jonctions étaient assez petites, ce qui est essentiel pour leur fonctionnement. On a créé des appareils avec différentes structures pour comparer leur comportement. Plus précisément, on a testé des jonctions avec et sans la couche de titane, ainsi que celles avec des couches désordonnées supplémentaires pour voir comment ces changements impactaient la performance.

#Mesurer la Performance

Pour évaluer la performance de nos jonctions et transmons, on a effectué diverses mesures à basse température. Les résultats de ces tests ont révélé des différences significatives de comportement selon les structures qu'on a utilisées.

Dans les appareils sans la couche de titane, on a constaté que les Temps de relaxation d'énergie étaient beaucoup meilleurs. Ça veut dire qu'ils pouvaient maintenir leur état quantique plus longtemps, ce qui les rendait plus fiables. En revanche, les appareils avec la couche de titane montraient des temps de relaxation beaucoup plus courts, indiquant qu'ils n'étaient pas aussi stables.

Cependant, quand on a introduit une couche désordonnée supplémentaire entre l'aluminium et le titane, on a observé une amélioration notable. Ce changement a aidé à atténuer les problèmes causés par le titane, menant à des temps de cohérence plus longs pour les qubits.

#Observations sur les Espaces Supraconducteurs

On s'est concentrés sur la mesure des espaces supraconducteurs dans nos jonctions. Ces espaces sont cruciaux pour le fonctionnement des jonctions et affectent directement leur performance. En modifiant les matériaux utilisés dans les jonctions, on pouvait observer des changements dans les tailles des espaces.

Pour les jonctions avec titane, l'espace supraconducteur était visiblement réduit. Cette modification a changé le comportement du courant dans les jonctions, nous permettant de faire des mesures plus précises de la performance du qubit.

L'introduction de la couche désordonnée a aussi restauré certaines propriétés perdues, permettant aux qubits de fonctionner plus efficacement que ceux avec juste la couche de titane.

#Influence de la Température

La température joue un rôle important dans le fonctionnement des qubits supraconducteurs. Pendant nos expériences, on a varié les températures pour voir comment cela influençait les temps de relaxation de nos appareils. On a découvert qu'en augmentant la température, les qubits performent parfois mieux, mais ça finit par décliner à des températures plus élevées.

En général, des températures plus basses ont donné de meilleures performances pour les jonctions standards. Par contre, les appareils avec la couche de titane n'ont pas réagi aussi bien, ce qui indique que le titane affectait leur stabilité quand la température changeait.

#Directions Futures

Nos découvertes suggèrent plusieurs pistes pour de futures recherches. Une approche pourrait être d'enterrer la couche de titane sous d'autres matériaux pour éviter l'oxydation, ce qui pourrait améliorer la stabilité. En plus, essayer différents matériaux supraconducteurs pour les jonctions pourrait mener à une meilleure performance globale.

Il y a aussi le potentiel d'explorer davantage l'utilisation de couches désordonnées en combinaison avec différentes structures pour maximiser les temps de cohérence dans les transmons. Chaque modification peut nous rapprocher de systèmes de calcul quantique plus fiables.

#Conclusion

En résumé, on a montré qu'en ingénierie les espaces dans nos jonctions supraconductrices, on peut affecter significativement leur performance. L'introduction du titane, avec l'ajout de couches désordonnées, nous a permis d'observer à la fois des améliorations et des défis dans le fonctionnement des qubits.

La quête pour de meilleurs temps de cohérence dans les qubits supraconducteurs est en cours, et nos découvertes ouvrent la voie à de futures améliorations dans la technologie des ordinateurs quantiques. Grâce à des choix de matériaux soignés et des modifications structurelles, on peut continuer à développer des qubits plus stables et efficaces, contribuant ainsi à la réalisation d'ordinateurs quantiques pratiques.