Dans les laboratoires du monde entier, les qubits supraconducteurs se comportent différemment, même lorsqu'ils sont fabriqués selon un même schéma et à partir des mêmes matériaux. Certains conservent leur état quantique plus longtemps, d'autres le perdent plus vite — et jusqu'à récemment, la cause en restait mystérieuse.
Des chercheurs du centre SQMS du Fermilab ont mené la plus grande étude en aveugle à ce jour sur 22 qubits transmon créés dans trois instituts. Sept méthodes d'analyse des matériaux et six organisations partenaires ont permis de relier les particularités microscopiques aux performances réelles des dispositifs.
Trois détails se sont révélés les principaux coupables : l'épaisseur de la couche d'oxyde en surface, l'angle des parois latérales après gravure et la profondeur des tranchées autour des électrodes. Même une différence d'un nanomètre dans l'épaisseur de l'oxyde modifiait sensiblement le temps de cohérence.
L'angle des parois influence la profondeur avec laquelle le champ électrique pénètre dans les oxydes « sales ». Un angle plus aigu — environ 10–15 degrés — réduit les pertes et améliore le fonctionnement de 20–30 pour cent par rapport à un biseau plus doux.
La profondeur des tranchées compte elle aussi : en dessous d'environ 20 nanomètres, de faibles écarts pèsent fortement sur le résultat, tandis qu'à plus grande profondeur l'effet sature. Ces paramètres dépendent directement des étapes de fabrication.
Il est remarquable que les défauts visibles à l'œil nu — rayures ou particules — n'aient montré aucun lien avec la dispersion des performances. Ce sont bien les particularités nanométriques de la chimie de surface et de la géométrie qui décident.
Les résultats donnent aux fabricants des repères clairs : contrôler l'épaisseur de l'oxyde, l'angle de gravure et la profondeur des tranchées. C'est un pas vers des processeurs quantiques reproductibles et fiables.
Le travail est publié dans Applied Physics Reviews et ouvre la voie à une amélioration ciblée des matériaux pour les futurs ordinateurs quantiques.
