Dünya genelindeki laboratuvarlarda süperiletken kübitler, aynı tasarıma ve aynı malzemelere göre üretilmiş olsalar bile farklı davranıyor. Bazıları kuantum durumunu daha uzun süre korurken diğerleri onu daha hızlı kaybediyor — ve yakın zamana kadar bunun nedeni bir sır olarak kalıyordu.
Fermilab bünyesindeki SQMS merkezinden araştırmacılar, üç kurumda üretilen 22 transmon kübit üzerinde bugüne kadarki en büyük kör araştırmayı gerçekleştirdi. Yedi malzeme analiz yöntemi ve altı ortak kuruluş, mikroskobik özellikleri cihazların gerçek performansıyla ilişkilendirmeyi mümkün kıldı.
Başlıca suçlular üç ayrıntı olarak ortaya çıktı: yüzeydeki oksit tabakasının kalınlığı, aşındırma sonrası yan duvarların açısı ve elektrotların çevresindeki olukların derinliği. Oksit kalınlığındaki bir nanometrelik fark bile eşevrelilik süresini belirgin biçimde değiştiriyordu.
Duvarların açısı, elektrik alanının «kirli» oksitlere ne kadar güçlü nüfuz ettiğini etkiliyor. Yaklaşık 10–15 derece olan daha keskin bir açı, daha yatık bir eğime kıyasla kayıpları azaltıyor ve performansı yüzde 20–30 oranında iyileştiriyor.
Olukların derinliği de önemli: yaklaşık 20 nanometrenin altında küçük sapmalar sonucu güçlü biçimde etkiliyor, daha büyük derinliklerde ise etki doyuma ulaşıyor. Bu parametreler doğrudan üretim aşamalarına bağlı.
Dikkat çekici olan, gözle görülebilen kusurların — çizikler veya parçacıkların — performans dağılımıyla bir bağlantı göstermemesiydi. Belirleyici olan tam da yüzey kimyasının ve geometrinin nanometre ölçeğindeki özellikleri.
Sonuçlar üreticilere net hedefler sunuyor: oksit kalınlığını, aşındırma açısını ve oluk derinliğini kontrol etmek. Bu, yinelenebilir ve güvenilir kuantum işlemcilere doğru bir adım.
Çalışma Applied Physics Reviews'te yayımlandı ve gelecekteki kuantum bilgisayarları için malzemelerin hedefli biçimde iyileştirilmesinin yolunu açıyor.
