Electric field spectroscopy of material defects in transmon qubits
超导集成电路在实现集成量子计算处理器方面具有巨大的潜力。然而，固态方法的缺点是超导量子比特强烈地受到由器件材料中的原子尺度缺陷引起的能量耗散和环境波动的影响。朝着升级量子处理器的进一步进展将需要改进设备制造技术，这些技术需要由新的分析方法来指导，以了解和防止缺陷形成的机制。在这里，我们提出了一种新的技术来分析超导量子比特中的个别缺陷，通过调整它们与外加电场。这为提取缺陷的能量分布、电偶极矩和相干时间提供了一种新的光谱学方法。此外，它使人们能够区分缺陷驻留在约瑟夫森结隧道势垒从那些在电路接口。我们发现，在电路接口处的缺陷是负责约60%的介电损耗的研究transmon量子比特样品。大约40%的所有检测到的缺陷包含在大面积寄生约瑟夫森结的隧道势垒中，这些寄生结在阴影蒸发中并行发生，只有大约3%被识别为强耦合缺陷，这些缺陷可能存在于小面积量子位隧道结中。演示的技术提供了一个有价值的工具，以评估退相干源电路接口和隧道结，是很容易适用于标准量子位样本。
2019-11-28 cond-mat.supr-con quant-ph
Anomalous magnetic flux via junction twist-angle in a triplet-superconducting transmon qubit
本研究提出由三重态超导体构成的带扭转角c轴结，可调控transmon量子比特的库珀对隧穿强度并产生零场反常磁通量，为量子比特优化设计提供了新的零场调控途径。
2024-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
InAs nanowire with epitaxial aluminium as a single-electron transistor with fixed tunnel barriers
我们报告的单电子晶体管的制造使用InAs纳米线与外延铝与固定的隧道势垒的氧化铝。该器件表现出硬超导能隙诱导的接近铝盖壳，它们表现为金属单电子晶体管。与半导体器件中典型的几个通道接触相比，我们的方法形成了半导体导线的不透明多通道接触，从而提供了一种研究它们的补充方法。此外，我们证实，不需要的额外的量子点可以出现在纳米线的表面。它们的存在是防止在我们的设备，也通过插入之间的InAs和铝，后者是适合于标准的测量方法的GaAs的保护层。
2016-11-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Epitaxial aluminium-nitride tunnel barriers grown by nitridation with a plasma source
利用在10^{-3}~ 10^{-1} mbar压力范围内工作的电感耦合等离子体源的远程氮等离子体，实现了具有氮化铝势垒的高临界电流密度（10 ~ 420 kA/cm ^2）超导体-绝缘体-超导体隧道结。我们发现一个更好的再现性和控制相比，以前的工作。从电流-电压特性和横截面TEM图像可以推断，与常用的AlOx势垒相比，多晶AlN势垒的跨导更加均匀，从而在高临界电流密度下具有更好的质量。
2007-11-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Experimental realization of a $\cos(2φ)$ transmon qubit
Laboratoire de Physique de l’Ecole Normale Supérieure, ENS-PSL, CNRS, Sorbonne Université, Université Paris Cité, Centre Automatique et Systèmes, Mines Paris, Université PSL, Inria（巴黎高等师范学院物理实验室，ENS-PSL，法国国家科学研究中心，索邦大学，巴黎西岱大学，自动化与系统中心，巴黎矿业学院，PSL大学，法国国家信息与自动化研究所）；Google Quantum AI（谷歌量子人工智能）；University of Waterloo（滑铁卢大学）；Laboratoire de Physique Théorique et Hautes Energies, Sorbonne Université and CNRS UMR 7589（理论与高能物理实验室，索邦大学与法国国家科学研究中心联合研究单位7589）
该研究通过实验实现了一个利用电荷-奇偶性对称性的$\cos(2φ)$量子比特，展示了低频量子比特的相干控制和单次读取能力，并发现电荷保护由100倍的岛电荷矩阵元抑制，但1/f磁通噪声限制了相干时间。
2026-11-13 cond-mat.supr-con quant-ph
Towards novel tunability schemes for hybrid ferromagnetic transmon qubits
针对超导量子处理器中传统磁通调控线路热耗散高、退相干强的可扩展性瓶颈，提出将SIsFS JJs集成到新型ferrotransmon量子比特中，并重点研究了面内磁场超导调控线路的设计、仿真与初步表征，为量子比特频率调控提供低耗散新方案。
2024-12-09 cond-mat.supr-con quant-ph
Photon assisted tunneling of high order multiple Andreev reflections in epitaxial nanowire Josephson junctions
半导体/超导体混合体表现出一系列现象，可用于新物理学的研究和新技术的开发。因此，了解这种混合物的能量谱的起源是一个至关重要的目标。在这里，我们研究的约瑟夫森结定义的阴影外延InAsSb/Al纳米线。该器件在低温下表现出栅极可调的超电流，在有限的偏压下表现出多重Andreev反射（MAR）。在微波辐射下，MAR的光子辅助隧穿（PAT）在量子化能量处产生特征振荡边带，它依赖于MAR阶数$n$，与最近提出的经典Tien-Gordon方程的修正一致.量子化的能量间距与微波频率的缩放提供了由$n^\mathrm{th}$顺序隧道过程转移的有效电荷$ne$的独立确认。测量结果表明，PAT作为一个强大的方法分配的低能量的混合约瑟夫森器件的光谱特征的起源。
2022-07-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
A hybrid ferromagnetic transmon qubit: circuit design, feasibility and detection protocols for magnetic fluctuations
我们提出利用现有的隧道铁磁约瑟夫森结来实现混合超导量子比特。我们发现，铁磁势垒的特性滞后行为提供了一个替代的和固有的数字调谐的量子比特频率通过磁场脉冲。为了说明该设备的功能和局限性，我们讨论了耦合到一个读出谐振器和磁波动的影响。设想使用量子位作为噪声检测器及其相关性来研究磁性和超导性的微妙相互作用的可能性。
2022-06-01 cond-mat.supr-con quant-ph
Flux-tunable transmon incorporating a van der Waals superconductor via an Al/AlO$_x$/4Hb-TaS$_2$ Josephson junction
Technion – Israel Institute of Technology（以色列理工学院）；Helen Diller Quantum Center (Technion)（海伦·迪勒量子中心（Technion））
本研究提出了一种基于Al/AlO$_x$/4Hb-TaS$_2$约瑟夫森结的可调磁通分量transmon，实现了超导体与亚能隙激发的微波探测，并揭示了混合系统的非平凡物理特性。
2026-01-27 cond-mat.supr-con quant-ph
Phase dynamics of tunnel Al-based ferromagnetic Josephson junctions
本文研究了铝基铁磁隧道约瑟夫森结的相位动力学，证明其相位扩散过程且铁磁势垒无显著不利影响，支持将其用于超导量子比特架构。
2024-06-05 cond-mat.supr-con
Observation of Josephson Harmonics in Tunnel Junctions
本研究观测到隧道结中的约瑟夫森谐波，表明标准电流-相位关系不准确，通过介观模型纳入谐波后能谱吻合度提升数量级，并证明工程化谐波可降低transmon量子比特的电荷色散误差。
2024-11-11 cond-mat.supr-con quant-ph
Bloch oscillations in a transmon embedded in a resonant electromagnetic environment
研究嵌入高阻抗离散光子谱传输线的transmon型量子比特中的布洛赫振荡，发现伏安共振、光子发射谱共振及类反斯托克斯非弹性散射过程，为多频段实验观测提供依据。
2024-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Sub-micrometer epitaxial Josephson junctions for quantum circuits
提出了一种亚微米约瑟夫森结外延的制作方案和测试结果。的交界处是使用高温（1170 K）的“通过过程”产生的交界处小到0.8 μ m的直径通过使用光学光刻。蓝宝石（Al_2 O_3）隧道势垒生长在外延Re/Ti多层基电极上。我们已经制造了具有Re和Al顶部电极的器件。虽然室温（295 K）电阻与面积的数据是有利的两种类型的顶部电极，低温（50 mK）的数据表明，与Al顶部电极的结具有高得多的子间隙电阻。利用超导约瑟夫森结量子比特测量了结的微波损耗特性。结果表明，高的子带电阻与改进的量子比特性能相关。
2011-11-22 cond-mat.supr-con
Epitaxial NbN-junction-based self-shunted superconducting flux qubit with high anharmonicity
Tohoku University（东北大学）；RIKEN Center for Quantum Computing（理化学研究所量子计算中心）；The University of Tokyo（东京大学）；Inamori Research Institute for Science (InaRIS)（稻盛科学研究所）；National Institute of Information and Communications Technology (NICT)（信息通信研究机构）
本研究利用外延NbN/AlN/NbN约瑟夫森结实现自分流超导磁通量子比特，获得797 MHz高非谐性和13-25微秒寿命，显著减小器件尺寸，为大规模超导量子计算提供新方案。
2026-10-06 cond-mat.supr-con quant-ph
Intrinsic Josephson junction characteristics of Nd2-xCexCuO4/SrTiO3 epitaxial films
本文研究了Nd2-xCexCuO4/SrTiO3外延薄膜沿c轴的I-V特性，发现多个电阻分支对应本征约瑟夫森结，证实了CuO2层间隧穿机制，并揭示了x=0.15时d波或各向异性s波序参量的非单调性及其与反铁磁涨落共存的关系。
2024-10-01 cond-mat.supr-con
Electronically-controlled one- and two-qubit gates for transmon quasicharge qubits
University of Queensland（昆士兰大学）；University of Sydney（悉尼大学）；Concordia University（康考迪亚大学）
本研究提出利用拓扑超导体形成的隧道结实现单量子比特和双量子比特门，通过动态4π周期约瑟夫森效应，展示了一种基于最小Kitaev链量子点结的准电荷量子比特门实现策略。
2026-01-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Decoherence of superconducting qubits caused by quasiparticle tunneling
在超导量子比特中，量子比特自由度与准粒子的相互作用定义了量子比特相干性的基本限制。本文发展了准粒子隧穿约瑟夫森结引起的纯退相率Γ_∞和结中Andreev态占据变化引起的非均匀展宽的理论。为了估计Γ_π，我们推导了量子比特动力学的主方程。自由准粒子在接近超导能隙的能量处具有大的态密度，从而提高了它们的隧穿率。然而，我们发现，与当前大多数量子比特设计（相位和通量量子比特，transmon，fluxonium）中由外在因素决定的速率相比，Γ_p很小。其中单个结被SQUID环取代的分裂transmon代表了可以使测量Γ_π成为可能的例外。量子比特频率的波动导致非均匀加宽，这可能是由与相位偏置约瑟夫森结相关的Andreev态的占据数的波动引起的。这种机制可以在具有小面积结的量子位中揭示，因为它引起的频率的最小相对变化是结中传输通道的倒数。
2012-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Transmon qubit using Sn as a junction superconductor
该研究使用InAs纳米线和β-Sn超导壳实现transmon量子比特，通过栅极调谐频率达3 GHz，获得T1=27微秒和T2=1.8微秒，并探讨了提升相干时间的途径。
2025-08-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Enhanced coherence of all-nitride superconducting qubits epitaxially grown on silicon substrate
提高超导量子比特的相干性是实现容错量子计算的基础。然而，由传统的铝基约瑟夫森结制成的量子电路的相干时间受到非晶氧化铝隧道势垒中微观二能级系统的存在的限制。在这里，我们开发了基于硅衬底上的NbN/AlN/NbN外延约瑟夫森结的超导量子比特，这有望克服基于Al/AlO $_{x}$ /Al结的量子比特的缺点。全氮化物量子比特具有很大的优势，例如抗氧化的化学稳定性，导致更少的两级波动，减少能量弛豫和失相的外延隧道势垒的可行性，以及与铝的$\sim$ 0.3 meV相比，NbN的$\sim$ 5.2 meV的更大超导能隙，这抑制了准粒子的激发。通过用TiN缓冲层的硅衬底代替传统的MgO用于氮化物结的外延生长，我们证明了量子比特能量弛豫时间$T$ $_{1}$ =16.3 $μ$ s和自旋回波退相时间$T$ $_{2}$ =21.5 $μ$ s。量子相干性的这些显著改进通过与先前报道的具有MgO衬底的基于NbN的量子位（$T$ $_{1}$ $\approx$ $T$ $_{2}$ $\approx$ 0.5 $μ$ s）相比降低的介电损耗来解释。这些结果是构建超导量子硬件新平台的重要一步。
2021-10-12 cond-mat.supr-con quant-ph
Sidewall spacer passivated epitaxial NbN/AlN/NbN Josephson junctions for superconducting qubit applications
Tohoku University（东北大学）；National Institute of Information and Communications Technology（信息通信研究机构）
本研究开发了侧壁间隔层钝化的外延NbN/AlN/NbN约瑟夫森结，通过简化工艺减少非晶介电材料，实现了高间隙电压和宽范围临界电流密度，为高相干氮化物超导量子比特提供了可扩展制造平台。
2026-10-06 cond-mat.supr-con quant-ph
Josephson Junctions Via Anodization of Epitaxial Al on an InAs Heterostructure
我们结合电子束光刻和掩模阳极氧化的外延铝，以确定隧道结通过选择性氧化，减轻需要湿蚀刻处理或直接沉积的介电材料。应用这种技术来定义约瑟夫森结在邻近诱导超导Al-InAs异质结构，我们观察到多个Andreev反射在传输实验中，表示一个高品质的结。我们进一步比较通过湿法蚀刻和阳极氧化定义的霍尔酒吧的流动性和密度。这些结果可能会发现实用的新的制造方法，以结为基础的量子位平台。
2021-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
A superconducting qubit with noise-insensitive plasmon levels and decay-protected fluxon states
本文提出并实现了深处于transmon极限下的电感分流transmon量子比特，仅5.1 MHz磁通色散即实现全磁通量子范围内稳定相干时间，并观测到分钟级基态隧穿寿命，为改进量子比特编码和避免态泄漏提供新途径。
2022-02-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Anharmonicity of a Gatemon Qubit with a Few-Mode Josephson Junction
基于半导体纳米线的栅压控制的混合transmon量子比特（gatemons）的相干操作最近被证明。在这里，我们实验研究的非谐性外延InAs-Al约瑟夫森结，一个关键参数，他们作为一个量子比特的使用。非谐性被认为是减少了大约两个因素相比，传统的金属结，并依赖于栅极电压。实验结果与理论模型一致，表明约瑟夫森耦合是由半导体结中的少数高透射模式介导的。
2017-03-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Reduced leakage current in Josephson tunnel junctions with codeposited barriers
约瑟夫森结的制作使用两种不同的方法形成的障碍。所采用的三层是蓝宝石上的Nb/Al-AlOx/Nb，其中前两层是外延的。通过将Al表面暴露于O2或通过在O2背景中共沉积Al来形成氧化物阻挡层。共沉积过程中产生的结，表明理论预测的亚间隙电流和没有可测量的分流电导。与此相反，与热氧化形成的障碍的设备显示了一个小的分流电导除了预测的子间隙电流。
2010-12-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Readout failures in superconducting qubits due to TLS-defects in tunnel junctions
Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）
本研究针对transmon量子比特隧道势垒中的强耦合TLS，采用多光子光谱学与TLS应变调谐技术，发现其与读出腔的强共振耦合会引发频率偏移破坏读出信号，揭示了材料缺陷阻碍固态量子处理器实现的新机制。
2026-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Relaxation and frequency shifts induced by quasiparticles in superconducting qubits
约瑟夫森结作为一种低损耗的非线性元件，是超导量子比特的重要组成部分。量子位自由度与准粒子隧穿通过结的相互作用代表了内在的弛豫机制。我们开发了一个一般的理论，由准粒子引起的量子比特的衰变率，我们研究了它的依赖于用于调整的设备，如相位和通量量子比特，分裂transmon和fluxonium的量子比特属性的磁通量。我们对衰变率的估计适用于热平衡和非平衡准粒子。我们建议测量分裂transmon的速率，以获得可能的非平衡准粒子分布的信息。我们还推导出在准粒子的存在下，量子比特频率的移位的表达式。
2011-06-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
