Новый метод изготовления квантового оборудования открывает доступ к перспективным материалам

Сверхпроводящие резонаторы хранят электромагнитную энергию для квантовых компьютеров. Авторы: Илия Ширавенд и Моэид Джамалзаде

Исследователи продемонстрировали новый подход к изготовлению, который позволяет изучать более широкий спектр сверхпроводящих материалов для квантового оборудования.

Исследование, опубликованное в Applied Physics Letters, решает давнюю проблему: многие перспективные сверхпроводники, такие как нитриды, карбиды и силициды переходных металлов, трудно формировать в функциональные устройства с помощью традиционных химических методов.

Показав, что физическое структурирование предоставляет жизнеспособную альтернативу, исследование открывает путь к оценке и использованию этих материалов для высокопроизводительных квантовых технологий.

Команда под руководством профессора NYU Tandon Давуда Шахредди продемонстрировала, что одна из таких методик, называемая низкоэнергетическим ионно-лучевым травлением (IBE), может использоваться для создания высокопроизводительных квантовых устройств.

Они проверили этот подход на ниобии, хорошо изученном сверхпроводнике, и сравнили полученные устройства с современными аналогами, изготовленными традиционными химическими методами, показав сопоставимую производительность.

«Реализация этого потенциала требует компонентов, способных сохранять хрупкие квантовые состояния достаточно долго для выполнения сложных вычислений», — сказал Шахредди. «Это означает создание всё более совершенного оборудования для уменьшения ошибок и повышения отказоустойчивости квантовых систем».

Демонстрация команды способствует достижению этой более широкой цели, расширяя набор сверхпроводящих материалов для изготовления устройств.

«Изготовление устройств с помощью методов, не зависящих от материалов, расширяет пространство проектирования квантового оборудования на малоизученные материалы, что может ускорить прогресс в масштабировании квантовых информационных систем до больших размеров и функциональности», — сказал доктор Мэтью ЛаХей, научный физик Исследовательской лаборатории ВВС США (AFRL) и участник проекта.

Чтобы проверить этот подход, аспиранты Мигель Мансо-Перес и Моэид Джамалзаде, соавторы исследования, разработали сверхпроводящие резонаторы и протоколы изготовления, сочетающие электронно-лучевую литографию с IBE.

Они нанесли тонкие пленки ниобия на кремниевые подложки и сформировали их в сверхпроводящие резонаторы, завершив весь процесс в чистой комнате нанофабрикации NYU (NYU Nanofab), первой академической чистой комнате в Бруклине.

Затем устройства были отправлены в AFRL, где подрядчики Booz Allen Hamilton Кристофер Надо и Ман Нгуен протестировали их при температурах, близких к абсолютному нулю. Квантовые резонаторы продемонстрировали высокую производительность, подтвердив осуществимость подхода к изготовлению на основе IBE для создания квантового оборудования с низкими потерями.

Потери являются критическим показателем качества оборудования, причем более низкие значения указывают на более совершенные сверхпроводящие устройства.

Больше информации: Miguel Manzo-Perez et al, Physical patterning of high-Q superconducting niobium resonators via ion beam etching, Applied Physics Letters (2025). DOI: 10.1063/5.0278956

Источник: NYU Tandon School of Engineering