Verbesserung der Kohärenz supraleitender Qubits durch strukturierte niederfrequente toroidale Magnetfelder

Diese Arbeit demonstriert einen neuartigen Ansatz zur Verbesserung der Kohärenz supraleitender Qubits durch kontrollierte niederfrequente elektromagnetische Umgebungen. Eine toroidale Spulengeometrie wird verwendet, um räumlich kohärente Magnetfelder bei kryogenen Temperaturen zu erzeugen, wodurch eine präzise Steuerung der Qubit-Umgebung ohne Veränderung der Gerätematerialien oder Fertigungsprozesse ermöglicht wird. Ein Ta/Si λ/4 CPW-Resonator wird im Zentrum einer 3D-gedruckten toroidalen Spule platziert, und Bayesian-Optimierung wird eingesetzt, um die Parameter des angelegten Magnetfeldes einzustellen. Die Optimierung konvergiert zu einem engen Frequenzband mit Schwerpunkt bei 7,831 Hz, was zu einem signifikanten Anstieg der Qubit-Relaxationszeit von 1,02 ms auf 4,7 ms (4,6-fache Verbesserung) führt, sowie zu einer erheblichen Steigerung des internen Gütefaktors. Kontrollversuche bestätigen, dass der beobachtete Effekt nicht auf thermische, mechanische oder breitbandige elektromagnetische Artefakte zurückzuführen ist. Die Ergebnisse legen nahe, dass strukturierte niederfrequente elektromagnetische Umgebungen als zusätzlicher Regelparameter zur Unterdrückung von Dekohärenz wirken können, wodurch Umwelttechnik als komplementäre Achse neben Material- und Schaltungsdesign eingeführt wird.