El Instituto Nacional de Tecnología de la Información y las Comunicaciones (NICT), en colaboración con el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Industrial Avanzada y la Universidad de Nagoya, ha logrado desarrollar el primer qubit superconductor de nitruro del mundo cultivado epitaxialmente en sustratos de silicio. Estos son los primeros qubits superconductores que no utilizan aluminio como material superconductor. El uso de nitruro de niobio como superconductor permite construir un circuito cuántico superconductor que funciona de manera estable. Se espera que esto contribuya al desarrollo de las computadoras cuánticas y los nodos cuánticos como elementos básicos de la computación cuántica.
Como los qubits superconductores son dispositivos de estado sólido, exhiben una excelente flexibilidad de diseño, integrabilidad y capacidad de expansión. Sin embargo, se ven fácilmente afectados por diversas perturbaciones que los rodean, y la ampliación del tiempo de coherencia, que es la vida útil del estado de superposición cuántica, es un problema. Para superar este desafío, los institutos de investigación de todo el mundo están intentando principalmente utilizar aluminio (Al) y óxido de aluminio (AlOx) como materiales qubit superconductores. Sin embargo, como existe la preocupación de que el óxido de aluminio amorfo, que a menudo se usa como capa aislante, pueda ser una fuente de ruido, es importante estudiar otros materiales que puedan abordar este problema.
Por lo tanto, como alternativa al aluminio y al óxido de aluminio amorfo con una temperatura de transición superconductora de 1 K (-272 ° C), NICT se ha centrado en utilizar nitruro de niobio (NbN) con una temperatura de transición superconductora de 16 K (-257 ° C). y una película aislante de nitruro de aluminio (AlN) cristalizada por el método de crecimiento epitaxial. NICT también ha estado desarrollando qubits superconductores utilizando uniones de nitruro NbN / AlN / NbN con NbN como material del electrodo y AlN como la capa aislante de la unión Josephson. Sin embargo, para realizar una unión NbN / AlN / NbN (unión epitaxial) en la que la orientación del cristal está alineada con el electrodo superior, es necesario utilizar un sustrato de óxido de magnesio (MgO) que tenga una constante de red cristalina relativamente similar a NbN. . Como el MgO tiene una gran pérdida dieléctrica, el tiempo de coherencia del qubit superconductor que usa una unión NbN / AlN / NbN en un sustrato de MgO es solo de aproximadamente 0,5 μs. En contraste, el qubit recientemente desarrollado es un elemento de nitruro que crece epitaxialmente usando nitruro de niobio (NbN) como superconductor y material de electrodo, con una temperatura de transición superconductora de 16 K, y nitruro de aluminio (AlN) como la capa aislante del Josephson. unión. Este es un nuevo tipo de qubit compuesto por un material superconductor que no contiene óxido amorfo, que es una fuente de ruido. y nitruro de aluminio (AlN) como capa aislante de la unión Josephson. Este es un nuevo tipo de qubit compuesto por un material superconductor que no contiene óxido amorfo, que es una fuente de ruido. y nitruro de aluminio (AlN) como capa aislante de la unión Josephson. Este es un nuevo tipo de qubit compuesto por un material superconductor que no contiene óxido amorfo, que es una fuente de ruido.
Al realizar un qubit de este nuevo material sobre un sustrato de silicio, se obtuvo un tiempo de coherencia con un tiempo medio de relajación energética (T1) de 16 μs y un tiempo de relajación de fase (T2) de 22 μs. T1 es aproximadamente 32 veces más largo y T2 es aproximadamente 44 veces más largo para este nuevo qubit en comparación con los qubits superconductores de nitruro en sustratos de óxido de magnesio convencionales.
El desarrollo exitoso de este qubit superconductor de nitruro es significativo porque no utiliza películas convencionales de aluminio y óxido de aluminio para la unión de Josephson, que es el corazón de un qubit superconductor. Tiene una alta temperatura de transición superconductora y exhibe una excelente cristalinidad debido al crecimiento epitaxial. En particular, el grupo redujo con éxito la pérdida dieléctrica por crecimiento epitaxial en un sustrato de Si y observó un tiempo de coherencia de varias decenas de microsegundos para un qubit superconductor de nitruro por primera vez en el mundo. También afirmaron que el qubit superconductor de este nitruro aún se encuentra en sus primeras etapas de desarrollo y que habrá margen para mejorar aún más el tiempo de coherencia optimizando el proceso de diseño y fabricación del qubit en el futuro.
