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用于可扩展量子技术的硅钽超导电路中的准粒子的片上微波传感

On-chip microwave sensing of quasiparticles in tantalum superconducting circuits on silicon for scalable quantum technologies

Shima Poorgholam-Khanjari, Paniz Foshat, Mingqi Zhang, Valentino Seferai, Martin Weides, and Kaveh Delfanazari

arXiv
2025年9月9日

超导量子电路的性能和可扩展性从根本上受到非平衡准粒子的限制,这些准粒子诱发微波损失,限制了谐振器质量因子和量子比特相干时间。 因此,理解和减轻这些激发是推进可扩展量子技术的核心。 在这里,我们演示了在硅上操作的高Qα-α-钽共平面波导谐振器中的准粒子的片上微波传感,在单光子系统中运行。 温度依赖性测量揭示了在千开尔文温度下的持久性非平衡准粒子,相对于理论预期,对内部质量因子(Qi)产生可测量的抑制。 通过跨材料对基准测试,我们发现α-Ta中的准粒子密度在等效的正态温度(T/Tc)下约为NbN的三分之一,与减少微波损失直接相关。 我们的方法建立了一个可扩展的平台,用于探测准粒子动力学,并指出工程超导电路的新路线,提高了相干性,对量子位读出谐振器,动力学电感探测器以及新兴的量子处理器和传感器产生了影响。

The performance and scalability of superconducting quantum circuits are fundamentally constrained by non-equilibrium quasiparticles, which induce microwave losses that limit resonator quality factors and qubit coherence times. Understanding and mitigating these excitations is therefore central to advancing scalable quantum technologies. Here, we demonstrate on-chip microwave sensing of quasiparticles in high-Q α-tantalum coplanar waveguide resonators on silicon, operated in the single-photon reg...