В лабораториях по всему миру сверхпроводящие кубиты ведут себя по-разному, даже если изготовлены по одной схеме и из одних материалов. Одни сохраняют квантовое состояние дольше, другие теряют его быстрее — и до недавнего времени причина оставалась загадкой.
Исследователи из центра SQMS при Фермилабе провели крупнейшее на сегодня слепое исследование 22 трансмон-кубитов, созданных в трёх институтах. Семь методов анализа материалов и шесть партнёрских организаций позволили связать микроскопические особенности с реальной производительностью устройств.
Ключевыми виновниками оказались три детали: толщина оксидного слоя на поверхности, угол боковых стенок после травления и глубина канавок вокруг электродов. Даже разница в один нанометр в толщине оксида заметно меняла время когерентности.
Угол стенок влияет на то, насколько сильно электрическое поле проникает в «грязные» оксиды. Более острый угол — около 10–15 градусов — снижает потери и улучшает работу на 20–30 процентов по сравнению с более пологим скосом.
Глубина канавок тоже важна: ниже примерно 20 нанометров небольшие отклонения сильно сказываются на результате, а при большей глубине эффект насыщается. Эти параметры напрямую зависят от этапов изготовления.
Примечательно, что видимые глазу дефекты — царапины или частицы — не показали связи с разбросом производительности. Решают именно наномасштабные особенности химии поверхности и геометрии.
Результаты дают производителям чёткие ориентиры: контролировать толщину оксида, угол травления и глубину канавок. Это шаг к воспроизводимым и надёжным квантовым процессорам.
Работа опубликована в Applied Physics Reviews и открывает путь к целенаправленному улучшению материалов для будущих квантовых компьютеров.
