Characterization and reduction of microfabrication-induced decoherence in superconducting quantum circuits

Applied Physics Letters

Volumn 105, Issue 6, 2014, Pages

  Quintana, C M ^a   Megrant, A ^a   Chen, Z ^a   Dunsworth, A ^a   Chiaro, B ^a   Barends, R ^a   Campbell, B ^a   Chen, Yu ^a   Hoi, I C ^a   Jeffrey, E ^a   Kelly, J ^a   Mutus, J Y ^a   O'Malley, P J J ^a   Neill, C ^a   Roushan, P ^a   Sank, D ^a   Vainsencher, A ^a   Wenner, J ^a   White, T C ^a   Cleland, A N ^a   Martinis, John M ^a   more..

^a UNIVERSITY OF CALIFORNIA   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

COPLANAR WAVEGUIDES; DIELECTRIC LOSSES; MICROWAVE RESONATORS; QUANTUM COMPUTERS; SUPERCONDUCTING RESONATORS;

CRYSTALLINE SUBSTRATES; DEVICE SURFACES; INTERFACES AND SURFACES; RESONATOR QUALITY; SUBSTRATE CLEANING; SUPERCONDUCTING QUANTUM CIRCUIT; SUPERCONDUCTING QUBITS; WAVEGUIDE RESONATORS;

QUANTUM THEORY;

EID: 84919735950     PISSN: 00036951     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1063/1.4893297     Document Type: Article

References (44)

1. R. Barends, J. Kelly, A. Megrant, A. Veitia, D. Sank, E. Jeffrey, T. C. White, J. Mutus, A. G. Fowler, B. Campbell, Y. Chen, Z. Chen, B. Chiaro, A. Dunsworth, C. Neill, P. O'Malley, P. Roushan, A. Vainsencher, J. Wenner, A. N. Korotkov, A. N. Cleland, and J. M. Martinis, Nature 508, 500 (2014). 10.1038/nature13171
2. J. M. Chow, J. M. Gambetta, E. Magesan, D. W. Abraham, A. W. Cross, B. R. Johnson, N. A. Masluk, C. A. Ryan, J. A. Smolin, S. J. Srinivasan, and M. Steffen, Nat. Commun. 5, 4015 (2014). 10.1038/ncomms5015
3. J. M. Chow, J. M. Gambetta, A. D. Córcoles, S. T. Merkel, J. A. Smolin, C. Rigetti, S. Poletto, G. A. Keefe, M. B. Rothwell, J. R. Rozen, M. B. Ketchen, and M. Steffen, Phys. Rev. Lett. 109, 060501 (2012). 10.1103/PhysRevLett.109.060501
4. A. G. Fowler, M. Mariantoni, J. M. Martinis, and A. N. Cleland, Phys. Rev. A 86, 032324 (2012). 10.1103/PhysRevA.86.032324
5. W. A. Phillips, J. Low Temp. Phys. 7, 351 (1972). 10.1007/BF00660072
6. P. W. Anderson, B. I. Halperin, and C. M. Varma, Philos. Mag. 25, 1 (1972). 10.1080/14786437208229210
7. J. M. Martinis, K. B. Cooper, R. McDermott, M. Steffen, M. Ansmann, K. D. Osborn, K. Cicak, S. Oh, D. P. Pappas, R. W. Simmonds, and C. C. Yu, Phys. Rev. Lett. 95, 210503 (2005). 10.1103/PhysRevLett.95.210503 (Pubitemid 41777027)
8. J. Gao, M. Daal, A. Vayonakis, S. Kumar, J. Zmuidzinas, B. Sadoulet, B. A. Mazin, P. K. Day, and H. G. Leduc, Appl. Phys. Lett. 92, 152505 (2008). 10.1063/1.2906373 (Pubitemid 351555721)
9. J. Gao, M. Daal, J. M. Martinis, A. Vayonakis, J. Zmuidzinas, B. Sadoulet, B. A. Mazin, P. K. Day, and H. G. Leduc, Appl. Phys. Lett. 92, 212504 (2008). 10.1063/1.2937855 (Pubitemid 351770352)
10. H. Wang, M. Hofheinz, J. Wenner, M. Ansmann, R. C. Bialczak, M. Lenander, E. Lucero, M. Neeley, A. D. O'Connell, D. Sank, M. Weides, A. N. Cleland, and J. M. Martinis, Appl. Phys. Lett. 95, 233508 (2009). 10.1063/1.3273372
11. R. Barends, N. Vercruyssen, A. Endo, P. J. de Visser, T. Zijlstra, T. M. Klapwijk, P. Diener, S. J. C. Yates, and J. J. A. Baselmans, Appl. Phys. Lett. 97, 023508 (2010). 10.1063/1.3458705
12. D. S. Wisbey, J. Gao, M. R. Vissers, F. C. S. da Silva, J. S. Kline, L. Vale, and D. P. Pappas, J. Appl. Phys. 108, 093918 (2010). 10.1063/1.3499608
13. M. R. Vissers, J. Gao, D. S. Wisbey, D. A. Hite, C. C. Tsuei, A. D. Corcoles, M. Steffen, and D. P. Pappas, Appl. Phys. Lett. 97, 232509 (2010). 10.1063/1.3517252
14. H. Paik, D. I. Schuster, L. S. Bishop, G. Kirchmair, G. Catelani, A. P. Sears, B. R. Johnson, M. J. Reagor, L. Frunzio, L. I. Glazman, S. M. Girvin, M. H. Devoret, and R. J. Schoelkopf, Phys. Rev. Lett. 107, 240501 (2011). 10.1103/PhysRevLett.107.240501
15. A. Megrant, C. Neill, R. Barends, B. Chiaro, Y. Chen, L. Feigl, J. Kelly, E. Lucero, M. Mariantoni, P. J. J. O'Malley, D. Sank, A. Vainsencher, J. Wenner, T. C. White, Y. Yin, J. Zhao, C. J. Palmstrøm, J. M. Martinis, and A. N. Cleland, Appl. Phys. Lett. 100, 113510 (2012). 10.1063/1.3693409
16. R. Barends, J. Kelly, A. Megrant, D. Sank, E. Jeffrey, Y. Chen, Y. Yin, B. Chiaro, J. Mutus, C. Neill, P. O'Malley, P. Roushan, J. Wenner, T. C. White, A. N. Cleland, and J. M. Martinis, Phys. Rev. Lett. 111, 080502 (2013). 10.1103/PhysRevLett.111.080502
17. J. B. Chang, M. R. Vissers, A. D. Córcoles, M. Sandberg, J. Gao, D. W. Abraham, J. M. Chow, J. M. Gambetta, M. Beth Rothwell, G. A. Keefe, M. Steffen, and D. P. Pappas, Appl. Phys. Lett. 103, 012602 (2013). 10.1063/1.4813269
18. C. Neill, A. Megrant, R. Barends, Y. Chen, B. Chiaro, J. Kelly, J. Y. Mutus, P. J. J. O'Malley, D. Sank, J. Wenner, T. C. White, Y. Yin, A. N. Cleland, and J. M. Martinis, Appl. Phys. Lett. 103, 072601 (2013). 10.1063/1.4818710
19. J. Wenner, R. Barends, R. C. Bialczak, Y. Chen, J. Kelly, E. Lucero, M. Mariantoni, A. Megrant, P. J. J. O'Malley, D. Sank, A. Vainsencher, H. Wang, T. C. White, Y. Yin, J. Zhao, A. N. Cleland, and J. M. Martinis, Appl. Phys. Lett. 99, 113513 (2011). 10.1063/1.3637047
20. Z. K. Minev, I. M. Pop, and M. H. Devoret, Appl. Phys. Lett. 103, 142604 (2013). 10.1063/1.4824201
21. H. Wang, M. Hofheinz, M. Ansmann, R. C. Bialczak, E. Lucero, M. Neeley, A. D. O'Connell, D. Sank, J. Wenner, A. N. Cleland, and J. M. Martinis, Phys. Rev. Lett. 101, 240401 (2008). 10.1103/PhysRevLett.101.240401
22. J. Koch, T. M. Yu, J. Gambetta, A. A. Houck, D. I. Schuster, J. Majer, A. Blais, M. H. Devoret, S. M. Girvin, and R. J. Schoelkopf, Phys. Rev. A 76, 042319 (2007). 10.1103/PhysRevA.76.042319 (Pubitemid 47569070)
23. M. Steffen, S. Kumar, D. P. DiVincenzo, J. R. Rozen, G. A. Keefe, M. B. Rothwell, and M. B. Ketchen, Phys. Rev. Lett. 105, 100502 (2010). 10.1103/PhysRevLett.105.100502
24. L. Frunzio, A. Wallraff, D. I. Schuster, J. Majer, and R. J. Schoelkopf, IEEE Trans. Appl. Supercond. 15, 860 (2005). 10.1109/TASC.2005.850084 (Pubitemid 40964478)
25. J. A. Schreier, A. A. Houck, J. Koch, D. I. Schuster, B. R. Johnson, J. M. Chow, J. M. Gambetta, J. Majer, L. Frunzio, M. H. Devoret, S. M. Girvin, and R. J. Schoelkopf, Phys. Rev. B 77, 180502 (2008). 10.1103/PhysRevB.77.180502
26. L. DiCarlo, J. M. Chow, J. M. Gambetta, L. S. Bishop, B. R. Johnson, D. I. Schuster, J. Majer, A. Blais, L. Frunzio, S. Girvin, and R. J. Schoelkopf, Nature 460, 240 (2009). 10.1038/nature08121
27. This neglects the Josephson junction itself, but experiments suggest that ultrasmall junctions exhibit remarkably low loss.14
28. See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4893297 E-APPLAB-105-056433 for details of device fabrication and surface treatments, TEM sample preparation and imaging, and atomic force microscopy characterization.
29. R. Barends, J. Wenner, M. Lenander, Y. Chen, R. C. Bialczak, J. Kelly, E. Lucero, P. O'Malley, M. Mariantoni, D. Sank, H. Wang, T. C. White, Y. Yin, J. Zhao, A. N. Cleland, J. M. Martinis, and J. J. A. Baselmans, Appl. Phys. Lett. 99, 113507 (2011). 10.1063/1.3638063
30. M. S. Khalil, M. J. A. Stoutimore, S. Gladchenko, A. M. Holder, C. B. Musgrave, A. C. Kozen, G. Rubloff, Y. Q. Liu, R. G. Gordon, J. H. Yum, S. K. Banerjee, C. J. Lobb, and K. D. Osborn, Appl. Phys. Lett. 103, 162601 (2013). 10.1063/1.4826253
31. A. M. Holder, K. D. Osborn, C. J. Lobb, and C. B. Musgrave, Phys. Rev. Lett. 111, 065901 (2013). 10.1103/PhysRevLett.111.065901
32. J. R. Jameson, D. Ngo, C. Benko, J. P. McVittie, Y. Nishi, and B. A. Young, J. Non-Cryst. Solids 357, 2148 (2011). 10.1016/j.jnoncrysol.2011.02.054
33. I. M. Pop, T. Fournier, T. Crozes, F. Lecocq, I. Matei, B. Pannetier, O. Buisson, and W. Guichard, J. Vac. Sci. Technol., B 30, 010607 (2012). 10.1116/1.3673790
34. K. Geerlings, S. Shankar, E. Edwards, L. Frunzio, R. J. Schoelkopf, and M. H. Devoret, Appl. Phys. Lett. 100, 192601 (2012). 10.1063/1.4710520
35. D. P. Pappas, M. R. Vissers, D. S. Wisbey, J. S. Kline, and J. Gao, IEEE Trans. Appl. Supercond. 21, 871 (2011). 10.1109/TASC.2010.2097578
36. C. Deng, M. Otto, and A. Lupascu, Appl. Phys. Lett. 104, 043506 (2014). 10.1063/1.4863686
37. A. Uhl, J. Bendig, J. Leistner, U. Jagdhold, and J. Bauer, Proc. SPIE 3333, 1452 (1998). 10.1117/12.312404
38. L. Hartmann, W. Gorbatschow, J. Hauwede, and F. Kremer, Eur. Phys. J. E 8, 145 (2002). 10.1140/epje/i2001-10073-y (Pubitemid 36185021)
39. J. S. Sharp and J. A. Forrest, Phys. Rev. E 67, 031805 (2003). 10.1103/PhysRevE.67.031805
40. S. R. Leadley and J. F. Watts, J. Adhes. 60, 175 (1997). 10.1080/00218469708014418
41. A. Megrant (unpublished).
42. D. H. Slichter, Ph.D. dissertation, University of California, Berkeley, 2011.
43. S. Sendelbach, D. Hover, A. Kittel, M. Mück, J. M. Martinis, and R. McDermott, Phys. Rev. Lett. 100, 227006 (2008). 10.1103/PhysRevLett.100.227006
44. S. Choi, D.-H. Lee, S. G. Louie, and J. Clarke, Phys. Rev. Lett. 103, 197001 (2009). 10.1103/PhysRevLett.103.197001