在世界各地的实验室里，超导量子比特的表现各不相同，即使它们按照同一设计方案、使用相同材料制造也是如此。有些能更长时间地保持量子态，另一些则更快地失去它——直到不久前，其原因仍是个谜。
费米实验室SQMS中心的研究人员开展了迄今为止规模最大的一项盲测研究，涉及三个研究机构制造的22个transmon量子比特。七种材料分析方法和六家合作机构，使人们得以将微观特征与器件的实际性能联系起来。
关键的罪魁祸首是三个细节：表面氧化层的厚度、刻蚀后侧壁的角度，以及电极周围沟槽的深度。氧化层厚度即使相差一纳米，也会明显改变相干时间。
侧壁角度会影响电场渗入“脏”氧化物的程度。更锐利的角度——大约10–15度——相比更平缓的斜面，能降低损耗，并将性能提升20–30个百分点。
沟槽深度同样重要：低于约20纳米时，微小的偏差就会对结果产生很大影响，而深度更大时，这种效应便趋于饱和。这些参数直接取决于制造工序。
值得注意的是，肉眼可见的缺陷——划痕或颗粒——并未显示出与性能差异存在关联。真正起决定作用的，正是纳米尺度上的表面化学与几何特征。
这些结果为制造商提供了明确的指引：控制氧化层厚度、刻蚀角度和沟槽深度。这是迈向可重复、可靠量子处理器的一步。
该研究发表在Applied Physics Reviews上，为有针对性地改进未来量子计算机所用材料开辟了道路。
