Trong các phòng thí nghiệm trên khắp thế giới, các qubit siêu dẫn hành xử khác nhau, ngay cả khi được chế tạo theo cùng một sơ đồ và từ cùng một loại vật liệu. Một số giữ được trạng thái lượng tử lâu hơn, số khác mất nó nhanh hơn — và cho đến gần đây, nguyên nhân vẫn còn là một ẩn số.
Các nhà nghiên cứu từ trung tâm SQMS tại Fermilab đã tiến hành nghiên cứu mù lớn nhất cho đến nay về 22 qubit transmon được tạo ra tại ba viện nghiên cứu. Bảy phương pháp phân tích vật liệu và sáu tổ chức đối tác đã cho phép liên hệ những đặc điểm vi mô với hiệu suất thực tế của thiết bị.
Thủ phạm chính hóa ra là ba chi tiết: độ dày của lớp oxit trên bề mặt, góc của thành bên sau khi ăn mòn và độ sâu của các rãnh quanh điện cực. Ngay cả sự chênh lệch một nanomet về độ dày oxit cũng làm thay đổi đáng kể thời gian kết hợp.
Góc của thành ảnh hưởng đến mức độ điện trường xâm nhập vào các oxit «bẩn». Góc nhọn hơn — khoảng 10–15 độ — làm giảm tổn thất và cải thiện hiệu suất từ 20–30 phần trăm so với độ vát thoải hơn.
Độ sâu của rãnh cũng quan trọng: dưới khoảng 20 nanomet, những sai lệch nhỏ ảnh hưởng mạnh đến kết quả, còn ở độ sâu lớn hơn thì hiệu ứng bão hòa. Những thông số này phụ thuộc trực tiếp vào các công đoạn chế tạo.
Đáng chú ý là những khuyết tật nhìn thấy bằng mắt thường — vết xước hay hạt — không cho thấy mối liên hệ với sự phân tán hiệu suất. Chính những đặc điểm ở quy mô nanomet của hóa học bề mặt và hình học mới là yếu tố quyết định.
Kết quả mang lại cho các nhà sản xuất những định hướng rõ ràng: kiểm soát độ dày oxit, góc ăn mòn và độ sâu rãnh. Đây là một bước tiến tới các bộ xử lý lượng tử có thể tái lập và đáng tin cậy.
Công trình được công bố trên Applied Physics Reviews và mở ra con đường cải thiện có chủ đích vật liệu cho các máy tính lượng tử trong tương lai.
