超导量子比特通常采用Al/AlOx/Al约瑟夫森结构成，用氮化物做约瑟夫森结可以提高其化学稳定性，采用外延生长的氮化物作为隧道层时，可以实现更高的质量和更大的超导能隙，因此两能级系统和准粒子等损耗更小。然而采用AlN做隧道层时，其压电效应会引起声子损耗，为了晶格匹配要用MgO衬底，则又造成衬底损耗很大。

近日，日本国立情报通信研究机构的研究人员用硅衬底，先生长一层TiN做缓冲层，用三层膜工艺实现了高质量的NbN/AlN/NbN结，并制备了C-shunt磁通量子比特。该比特在6.61GHz的sweet spot上，平均弛豫时间T1有16.3微秒，自旋回波相干时间T2有21.5微秒，比之前MgO衬底上的量子比特相干时间高一个数量级，能够和AlOx约瑟夫森结量子比特相干特性可比，而且T1随时间推移更稳定，说明准粒子的影响较小。

这种长相干时间的全氮化物隧道结量子比特，将有望用于实现大规模超导量子电路，虽然与当前高性能的AlOx结型量子比特还有些许差距，但其性能也还有进一步提升的空间。

论文信息：https://arxiv.org/abs/2103.07711