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2021 Fiscal Year Annual Research Report

Superconducting qubits and current standard devices using self-duality

Research Project

Project/Area Number 20H02215
Research InstitutionNational Astronomical Observatory of Japan

Principal Investigator

牧瀬 圭正  国立天文台, 先端技術センター, 准教授 (60363321)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 篠崎 文重  九州大学, 理学研究院, 名誉教授 (80117126)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords窒化物 / 超伝導薄膜 / 量子細線 / 超伝導ー絶縁体転移
Outline of Annual Research Achievements

窒化物を使った新規なアモルファス膜による量子細線素子と信号読み出し用の窒化物ジョセフソン接合素子の両者を開発し、従来の材料や複雑なプロセス技術を必要としない窒化物位相すべり量子ビットと窒化物ジョセフソン接合の読み出し回路を組み合わせたQPSbits (Quantum Phase Slip-quantum bits)による量子ビットおよび電流標準の動作実証をする。今年度もQPSを誘起させるために必要とされる高インピーダンス(高面抵抗)な窒化物薄膜について探索と検証を行った。新たな窒化物超伝導薄膜材料としてTa系の薄膜を探索し成膜方法や条件も最適化を行った。成膜に関して手法としてDC反応性スパッタ法だけでなく、成膜時の膜厚を精密に制御するためにイオンビームスパッタリング法と原子層堆積法(ALD)による成膜も行った。これらの方法を用いることにより、成膜レートが精密に制御でき、細線化加工前の薄膜状態での面抵抗の制御が精密が可能となる。現状ではALDで成膜した窒化タンタル(TaN)で10K程度の転移温度を持つ薄膜が成膜できた。またより高い転移温度を持つ膜も探索するためにスパッタ法ではあるが、窒化ニオブタンタルという新奇な薄膜の条件出しを進めた。その結果シリコン基板上では多結晶な薄膜で超伝導転移温度が8K程度だが、バッファー層を用いることでエピタキシャル成長し、転移温度が13Kを有する薄膜の成膜条件を見出した。膜の抵抗率も窒化ニオブチタンよりも高いことも分かった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

加工精度の再現性が高い窒化ニオブや窒化チタンニオブによる超伝導薄膜の作製と量子細線加工を進めていたが、装置修理や測定システムの導入が新型感染症および半導体関連の備品の長納期化の影響により導入が大幅に遅れた。

Strategy for Future Research Activity

装置改修や測定システムの導入が確定するまでは外部の共同利用設備を利用して、研究を進める。所属機関の既存のシステムの改造で対応できないかの検討も行う。

  • Research Products

    (8 results)

All 2022 2021

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (5 results)

  • [Journal Article] Thermal management of a 3D packaging structure for superconducting quantum annealing machines2021

    • Author(s)
      Feng Wei、Kikuchi Katsuya、Hidaka Mutsuo、Yamamori Hirotake、Araga Yuuki、Makise Kazumasa、Kawabata Shiro
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 118 Pages: 174004~174004

    • DOI

      10.1063/5.0039822

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Development of Superconducting Devices Supporting Radio Astronomy2021

    • Author(s)
      UZAWA Yoshinori、KROUG Matthias、KOJIMA Takafumi、TAKEDA Masanori、MAKISE Kazumasa、EZAKI Shohei、SHAN Wenlei、MIYACHI Akihira、FUJII Yasunori、TERAI Hirotaka
    • Journal Title

      IEICE Transactions on Electronics

      Volume: E104.C Pages: 411~421

    • DOI

      10.1587/transele.2020SUI0003

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Hydrogen-impurity-induced conductance peaks in constriction type Josephson junctions2021

    • Author(s)
      Miyakawa Kazuki、Takata Hiroki、Yamaguchi Taishi、Inagaki Yuji、Makise Kazumasa、Kawae Tatsuya
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 15 Pages: 013002~013002

    • DOI

      10.35848/1882-0786/ac42ff

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 量子アニーリングにおける単位格子間接続用量子ビットの動作検討2022

    • Author(s)
      才田 大輔、日高 睦夫、牧瀬 圭正、平山 文紀、山梨 裕希
    • Organizer
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 25kA/cm2 Nb/Al/AlOx/Al/Nb接合を用いた単一磁束量子シフトレジスタの170GHz動作2022

    • Author(s)
      田中 雅光、山下 太郎、藤巻 朗、牧瀬 圭正、永沢 秀一、日高 睦夫
    • Organizer
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 超伝導量子細線の位相すべり現象とデバイス開発2021

    • Author(s)
      牧瀬 圭正
    • Organizer
      日本物理学会 2021年秋季大会
  • [Presentation] Siスピン量子ビット測定に適した超伝導増幅器の試作と評価2021

    • Author(s)
      小林嵩, 牧瀬圭正, 永沢秀一, 日高睦夫, 武田健太, 野入亮人, 中島峻, 樽茶清悟
    • Organizer
      日本物理学会第77回年次大会
  • [Presentation] ミリ波アイソレータを用いたSIS増幅器のマイクロ波性能2021

    • Author(s)
      小嶋 崇文、鵜澤 佳徳、上月 雄人、藤井 泰範、牧瀬 圭正、単 文磊
    • Organizer
      第82回応用物理学会秋季学術講演会

URL: 

Published: 2023-12-25  

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