超导量子比特中两能级系统与退相干的研究

超导量子比特中的无序两能级系统是造成量子退相干的主要来源之一，这种两能级系统是由样品本身的生长缺陷造成的，它会与量子比特发生耦合，造成量子比特的能量耗散，从而影响到量子比特的弛豫时间T1。而目前，超导量子比特的退相干时间主要是受弛豫时间T1的限制。本项目主要从样品的制备出发，通过组合不同的衬底、绝缘介质和超导材料来研究不同组合样品中两能级缺陷的性质及其弛豫时间，建立相关的信息数据库，从而为以后量子比特制备材料的正确选择提供依据。此外，我们还将对两能级系统与量子比特耦合进行一系列物理问题的研究，为宏观量子现象、纠缠态等量子力学的基本问题打下良好的研究基础。

在项目实施的三年内，从样品的材料、制备工艺、读取方法着手，系统的研究了无序的两能级系统（TLS）对量子退相干的影响，摸索出多套约瑟夫森结的工艺(多层膜工艺、双角度蒸发工艺)，制备出全铝隧道结、全铼隧道结、高温超导体Bi2212本征隧道结，并把原子层沉积工艺应用到隧道结势垒的制备中，制备出新型全铌隧道结。系统研究了隧道结中相位逃逸、随机共振等宏观量子现象；设计了新型量子比特，在微加工可控范围内计算了能谱与器件参数的关系；搭建了一套极低温、低噪声超快量子比特测量系统，把量子比特的退相干时间从研究初期的8纳秒提高到8微秒，有效控制了TLS出现的密度，研究了量子比特的断层信息（tomography）,发表标注基金支持的SCI论文8篇，完成了申请书提出的研究内容和目标。