Gate-gesteuerte Nanodraht-basierte Josephson Kontakte im Mikrowellenbereich: Spektroskopie und Kohärenz von harmonischen und anharmonischen Resonatoren

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Schäpers; Professor Dr. Martin P. Weides
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 259125304

• Erstellungsjahr: 2020

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die anspruchsvolle Probenherstellung durchlief im Laufe des Projektes vier Optimierungszyklen hin zu funktionsfähigen Josephson-Kontakten und umgebenden supraleitenden Schaltkreiselementen. Die Integration von halbleitenden und supraleitenden Strukturen mit wohldefinierten und spannungsgesteuerten Kontakteigenschaften war eine größere Herausforderung, der Lösung relativ viel Zeit des Gesamtprojektes benötigt hat. Die im Rahmen des Projektes entwickelten Präparationsschritte finden Verwendung innerhalb eines gemeinsamen Projektes zwischen dem Peter-Grünberg-Institut 9 und dem RIKEN in Japan. Dort werden derzeit Schaltkreise für Andreev Qubits untersucht, bei denen das Hochfrequenzschaltungslayout und die Präparation der Resonatoren auf die gemeinsamen Arbeiten zwischen den Forschungszentrum Jülich und dem KIT zurückgehen. Die Hochfrequenzmessungen am KIT an einer konventionellen Referenzprobe waren sehr zeitintensiv, es wurden wiederholt mit hoher Repetitionsrate und über einen längeren Zeitraum die Qubit-Parameter gemessen und anschließend die Parameter Fluktuationen korreliert. Die Ergebnisse (ein oder wenige mikroskopische dielektrische Defektzustände zwischen den Elektroden der Qubitkapazität verursachen niederfrequenten Rauschen) werden bereits rege zitiert. Diese Fluktuationen limitieren die Güte von Quantengattern, und damit die technologische Realisierung von Quantencomputern basierend auf Supraleitern. Ein besseres Verständnis ihres Ursprungs, wie im Rahmen dieser Arbeit erzielt, ist von zentraler Bedeutung für die zukünftige Anwendung von Gatter-basierenden Quantenrechnern.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• DPG Frühjahrstagung „Temperature dependence of coherence in transmon qubits”
  Steffen Schloer, Jochen Braumueller, Oleksandr Lukashenko, Hannes Rotzinger, Martin Weides, Alexey V Ustinov, Martin Sandberg, Michael R Vissers, David P Pappas
  
• Appl. Phys. Lett. 108, 032601 (2016)
  Jochen Braumüller et al.
  
• Physical Review A 97, 062334 (2018)
  Andre Schneider et al.
  
• APS March Meeting 2019 “Correlating decoherence in transmon qubits: Low frequency noise by single fluctuators”
  Steffen Schlör, Jürgen Lisenfeld, Clemens Müller, Andre Schneider, Alexey Ustinov, Martin Weides
  
• Laboratori Nazionali di Legnaro, “Distilling entanglement: Quantum advantage with superconducting quantum circuits”
  Martin Weides
  
• Physical Review Letters 123, 190502 (2019)
  Steffen Schlör et al.
  
• Physical Review Research 1, 023003 (2019)
  Andre Schneider et al.
  
• SQ20th “Towards semiconductor-superconductor hybrid qubits based on InAs/Al core/shell nanowires”
  Patrick Zellekens, Russell Deacon, Pujitha Perla, Steffen Schlör, Patrick Liebisch, Benjamin Bennemann, Mihail Lepsa, Martin Weides, Koji Ishibashi, Detlev Grützmacher, Thomas Schäpers
  
• TLS summit workshop, National Physical Laboratory, ”Fluctuations in quantum circuits: towards superior materials”
  Martin Weides
  
• arXiv:2004.09839 (2020)
  Patrick Zellekens et al