Nonequilibrium quasiparticles in superconducting circuits: Energy relaxation and charge and flux noise
Notice bibliographique
Résumé
The quasiparticle density observed in low-temperature superconducting circuits is several orders of magnitude larger than the value expected at thermal equilibrium. The tunneling of this excess of quasiparticles across Josephson junctions is recognized as one of the main loss and decoherence mechanisms in superconducting qubits. Here we present a unified impedance theory that accounts for quasiparticle energy loss in circuit regions both far from and near to (across) junctions. Our theory leverages the recent experimental demonstration that the excess quasiparticles are in quasiequilibrium [Connolly et al., Phys. Rev. Lett. 132, 217001 (2024)] and uses a generalized fluctuation-dissipation theorem to predict the amount of charge and flux noise generated by them. We compute the resulting energy relaxation time ${T}_{1}$ in transmon qubits with and without junction asymmetric gap engineering, and show that quasiparticles residing away from junctions can play a dominant role in the former case. They also may provide an upper limit for resonator quality factors if the density of amorphous two-level systems is reduced. In addition, we show that charge noise from quasiparticles leads to flux noise that is logarithmic in frequency, giving rise to a ``nearly white'' contribution that is comparable to the flux noise observed in flux qubits. This contrasts with amorphous two-level systems, whose associated flux noise is shown to be super-Ohmic. We discuss how this quasiparticle flux noise can limit ${T}_{2}^{\ensuremath{\ast}}$ coherence times in flux-tunable qubits. The final conclusion is that asymmetric gap engineering can greatly reduce noise and increase coherence times in superconducting qubits.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».