超導薄膜

超導薄膜是一層薄薄的金屬，通常只有幾十到幾百奈米厚，量子晶片上的電路就是從這層金屬裡雕出來的。工程師先把它沉積到一塊潔淨的基板上，再把不屬於量子位元、諧振腔或導線的部分都蝕刻掉，留下一塊平整的金屬圖案——只要溫度夠低，它就能無電阻地承載電流。常見的選擇有鋁、鈮、鉭（Ta）和氮化鈦（TiN）。薄膜聽起來像個不起眼的配料，但它的品質卻悄悄地為量子位元能保持狀態多久設下了上限。

麻煩在於，沒有哪種薄膜是絕對乾淨的。金屬與空氣接觸的地方會長出一層天然氧化層，與基板接觸的地方會留下一個略顯無序的界面，而金屬本身又是由無數細小晶粒拼成的、晶粒之間還有邊界。這些表面和縫隙裡藏著數不清的微觀雙能階缺陷，它們在不同狀態之間閃爍不定，並從電路的電場裡吸走能量。這就是表面損耗；又因為電場在金屬邊緣處最強，哪怕只是一層原子那麼薄的劣質氧化物，也可能主宰整個量子位元的壽命。

正因如此，選哪種金屬才如此關鍵。鉭之所以流行，是因為它的天然氧化層比鈮的更薄、更穩定；改用鉭，再配合更潔淨的表面和更溫和的蝕刻，把 transmon 的相干時間從多年前的幾微秒，推到了如今最好元件中的幾百微秒。但並沒有一種萬能薄膜：每種材料都是氧化層品質、製造難易和化學穩定性之間的取捨，而要在整片晶圓上都做出低損耗、又均勻一致的薄膜，至今仍是一個活躍而尚未收尾的工程難題。