W laboratoriach na całym świecie nadprzewodzące kubity zachowują się różnie, nawet jeśli zostały wykonane według tego samego schematu i z tych samych materiałów. Jedne utrzymują stan kwantowy dłużej, inne tracą go szybciej — i do niedawna przyczyna pozostawała zagadką.
Badacze z centrum SQMS przy Fermilabie przeprowadzili największe jak dotąd badanie w ciemno 22 kubitów transmonowych, wytworzonych w trzech instytutach. Siedem metod analizy materiałów i sześć organizacji partnerskich pozwoliło powiązać mikroskopowe cechy z rzeczywistą wydajnością urządzeń.
Głównymi winowajcami okazały się trzy szczegóły: grubość warstwy tlenkowej na powierzchni, kąt ścianek bocznych po trawieniu oraz głębokość rowków wokół elektrod. Nawet różnica jednego nanometra w grubości tlenku wyraźnie zmieniała czas koherencji.
Kąt ścianek wpływa na to, jak silnie pole elektryczne przenika do „zabrudzonych” tlenków. Bardziej ostry kąt — około 10–15 stopni — zmniejsza straty i poprawia działanie o 20–30 procent w porównaniu z łagodniejszym skosem.
Głębokość rowków również ma znaczenie: poniżej około 20 nanometrów niewielkie odchylenia silnie wpływają na wynik, a przy większej głębokości efekt ulega nasyceniu. Te parametry zależą bezpośrednio od etapów wytwarzania.
Co ciekawe, widoczne gołym okiem defekty — rysy czy cząstki — nie wykazały związku z rozrzutem wydajności. Decydują właśnie nanoskopowe cechy chemii powierzchni i geometrii.
Wyniki dają producentom jasne wytyczne: kontrolować grubość tlenku, kąt trawienia i głębokość rowków. To krok ku powtarzalnym i niezawodnym procesorom kwantowym.
Praca została opublikowana w Applied Physics Reviews i otwiera drogę do celowego ulepszania materiałów dla przyszłych komputerów kwantowych.
