介質損耗

超導量子位元把它的能量有一部分儲存為在金屬周圍空間裡振盪的電場。只要這個電場穿過某種絕緣材料——一小片裸露的矽表面、金屬上薄薄的天然氧化層、兩塊晶片之間的黏接膠——其中一部分能量就會被悄悄吸收並轉化成熱。這種吸收就是介質損耗，也是量子位元往往只過幾百微秒就忘掉自己狀態的主要原因之一。電場所觸及的每一處不完美絕緣體，都是一個微小的洩漏點。

工程師把這個問題拆成兩部分。材料本身有一個損耗角正切，記作 tan delta，它描述了單位電場能量落在該絕緣體裡時會損耗多少。而每個區域又有一個參與比 p，即量子位元總電場能量中真正落在該區域內的那一份額。某個區域帶來的損害大致是 p 乘以 tan delta，再把所有損耗點的這些乘積加起來。於是對付介質損耗有兩條路：挑更好的材料以降低 tan delta；以及調整幾何結構——更寬的間隙、更乾淨的表面、更少的界面——把電場推離那些損耗區域以降低 p。

誠實的難處在於，最嚴重的元兇往往是最薄、最難控制的那些層：幾個奈米厚的氧化層，以及金屬與基板相接處那個雜亂的界面——那裡參與比 p 很小，但 tan delta 極大。許多損耗來自正好住在這些層裡的微觀雙能階系統缺陷。更潔淨的製程、更好的基板和巧妙的幾何設計已經讓量子位元壽命穩步提升，但表面和界面的介質損耗至今仍是限制當今量子位元能活多久的主要瓶頸之一，遠未被解決。