超导材料论文
美国能源部的科学家在一个材料科学实验室检查了TOF-SIMS的设备。该设备的使用使SQMS科学家能够以百万分之一的精度研究超导量子位中的杂质，量子退相干的噪声会限制量子信息的存储寿命。这种现象对依靠量子信息进行计算的量子计算机的性能产生了负面影响。当科学家成功制造出受量子退相干源影响较小的量子比特时，量子计算机的力量将被释放出来，科学家将拥有一种新的工具来执行经典计算机难以或不可能解决的计算。
量子计算机旨在解决需要大量内存的问题。通过使用一种称为纠缠的量子力学属性，这些计算机将能够分析包含大量数据的系统，如交通模式、天气预报、金融建模等。
“在超导量子比特中，我们一直想知道哪些潜在的材料属性会影响量子计算机的性能。”美国能源部量子材料主任说。“现在，SQMS的研究人员已经能够用高精度的分析设备检查Rigetti设备，以找到我们以前从未探索过的潜在缺陷系统。”在构成超导量子比特的材料中发现的杂质可以归因于量子退相干，美国科学家在一篇发表的论文中强调了这一点。
TOF-SIMS用于分析超导量子位样品中碳氢化合物杂质分布的三维数据。通过在原子水平上对量子位进行三维分析，美国科学家发现了包括氧、氢、碳、氯、氟、钠、镁和钙在内的杂质。为了找到这些杂质，科学家们使用了一种叫做TOF-SIMS二进制时间真空离子质谱仪的设备，它可以快速发射一个量子位离子并将其切碎。从量子位表面切割的离子在仪器中的传感器中进行分析，其中组成元素的识别精度可以达到百万分之一。
科学家解释说:“作为中心的一部分，我们最初的目标是精确确定量子位样本中的杂质和缺陷。一旦我们获得这些信息，我们就可以制定策略来去除这些杂质，提高量子计算机的性能。TOF-SIMS仪器最初是为美国军方的超导射频研究项目购买的，用于识别加速器腔内的杂质，并推动粒子加速器中的粒子。现在，TOF-SIMS装置首次用于分析量子位。加速器腔体材料中的杂质也会影响性能，这使得该仪器适合SQMS科学家，他们也在识别材料中的杂质，这些杂质会损害其他超导技术。”
这位科学家解释说:“我们最初的目标是准确确定样品中的杂质和缺陷。一旦我们获得这些信息，我们就可以制定策略来消除这些杂质并提高性能。”TOF-SIMS从顶层识别原子，并蚀刻量子位以生成组成量子位的元素和化合物的三维轮廓，并确定杂质的位置和类型。量子位可以通过在硅上沉积一层超导铌来制造。科学家将铌蒸发成气体，就像冬天水蒸气在冰冷的金属上形成冰一样，铌会凝固，在硅上形成薄膜。
科学家解释说，集成铌的原始空腔，或者薄膜上铌原子的结构，可能导致量子位上的杂质。从材料和方法的角度来看，TOF-SIMS分析可以用来改进产生量子比特的过程。
更重要的是，这部分技术已经准备好去中心化了。美国能源部首席商业化官兼技术转移办公室主任和一个国家实验室的首席技术官一起参观了这个实验室。他们谈到了材料研究、TOF-SIMS设备的使用以及SQMS的技术转让机会。
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