由艾姆斯国家实验室科学家 Lin Zhou 领导的研究小组在理解表面氧化物在提高量子计算电路性能方面的作用方面取得了重要进展。表面氧化物是量子电路中退相干或量子特性丧失的主要原因。
该研究在两篇论文中进行了讨论：《超导量子电路中钽和铌氧化物的结构和形成机制》发表在A Nano上，《探索Nb/Si基超导共面波导谐振器的沉积方法、微结构和性能之间的关系》发表在Acta Materialia上。
该团队是超导量子材料和系统中心(SQMS)改进量子计算机的更大努力的一部分。
SQMS 中心的研究人员目前正在对退相干的起源进行全面调查。它会导致量子信息出错，并限制量子信息的处理和存储时间。退相干是量子计算技术成功的最大障碍之一。
周教授表示：“我们缺乏系统的理解。如果我们在器件制造过程中改变一个参数会怎么样?这会如何改变材料和器件的性能?”
周解释说，他们正在使用各种技术对材料进行原子级分析。通过收集数据，他们的目标是建立设备中特定缺陷与相干性损失之间的联系。
周教授主要使用电子显微镜研究材料结构和化学性质，他表示：“不同类型的显微镜可以帮助我们从不同角度了解材料内部发生的情况，从而让我们能够诊断出某种材料为何会表现出某些特性。”
“我们试图了解原子的排列方式，以及是否存在与设备性能下降相关的可疑特征或缺陷。”
在一个项目中，艾姆斯实验室的科学家与 Rigetti Computing、费米国家实验室和诺伊理工学院的研究人员合作。通过使用先进的成像和分析技术，他们探索了材料微观结构与由此产生的特性之间的关系。这种方法有助于阐明材料结构如何导致退相干。
在另一个项目中，艾姆斯实验室的科学家将铌基材料与钽基材料进行了比较。周解释说，铌 (Nb) 和钽 (Ta) 都是良好的超导材料，有许多相似之处。但通过他们的工作，他们意外地发现了两者之间的结构差异，这表明用 Ta 薄膜制成的设备性能更佳。
周教授表示：“这是一种自下而上的方法。我们首先从原子层面理解材料，然后运用这种理解来影响材料的生长和性能。”