У лабораторіях по всьому світу надпровідні кубіти поводяться по-різному, навіть якщо виготовлені за однією схемою і з одних матеріалів. Одні зберігають квантовий стан довше, інші втрачають його швидше — і до недавнього часу причина залишалася загадкою.
Дослідники з центру SQMS при Фермілабі провели найбільше на сьогодні сліпе дослідження 22 трансмон-кубітів, створених у трьох інститутах. Сім методів аналізу матеріалів і шість партнерських організацій дозволили пов'язати мікроскопічні особливості з реальною продуктивністю пристроїв.
Ключовими винуватцями виявилися три деталі: товщина оксидного шару на поверхні, кут бічних стінок після травлення і глибина канавок навколо електродів. Навіть різниця в один нанометр у товщині оксиду помітно змінювала час когерентності.
Кут стінок впливає на те, наскільки сильно електричне поле проникає в «брудні» оксиди. Гостріший кут — близько 10–15 градусів — знижує втрати і покращує роботу на 20–30 відсотків порівняно з пологішим схилом.
Глибина канавок теж важлива: нижче приблизно 20 нанометрів невеликі відхилення сильно позначаються на результаті, а за більшої глибини ефект насичується. Ці параметри безпосередньо залежать від етапів виготовлення.
Примітно, що видимі оком дефекти — подряпини чи частинки — не показали зв'язку з розкидом продуктивності. Вирішують саме наномасштабні особливості хімії поверхні та геометрії.
Результати дають виробникам чіткі орієнтири: контролювати товщину оксиду, кут травлення і глибину канавок. Це крок до відтворюваних і надійних квантових процесорів.
Роботу опубліковано в Applied Physics Reviews, і вона відкриває шлях до цілеспрямованого поліпшення матеріалів для майбутніх квантових комп'ютерів.
