超导薄膜

超导薄膜是一层薄薄的金属，通常只有几十到几百纳米厚，量子芯片上的电路就是从这层金属里雕出来的。工程师先把它沉积到一块洁净的衬底上，再把不属于量子比特、谐振腔或导线的部分都刻蚀掉，留下一块平整的金属图案——只要温度足够低，它就能无电阻地承载电流。常见的选择有铝、铌、钽（Ta）和氮化钛（TiN）。薄膜听起来像个不起眼的配料，但它的质量却悄悄地为量子比特能保持状态多久设下了上限。

麻烦在于，没有哪种薄膜是绝对干净的。金属与空气接触的地方会长出一层天然氧化层，与衬底接触的地方会留下一个略显无序的界面，而金属本身又是由无数细小晶粒拼成的、晶粒之间还有边界。这些表面和缝隙里藏着数不清的微观双能级缺陷，它们在不同状态之间闪烁不定，并从电路的电场里吸走能量。这就是表面损耗；又因为电场在金属边缘处最强，哪怕只是一层原子那么薄的劣质氧化物，也可能主宰整个量子比特的寿命。

正因如此，选哪种金属才如此关键。钽之所以流行，是因为它的天然氧化层比铌的更薄、更稳定；改用钽，再配合更洁净的表面和更温和的刻蚀，把 transmon 的相干时间从多年前的几微秒，推到了如今最好器件中的几百微秒。但并没有一种万能薄膜：每种材料都是氧化层质量、制造难易和化学稳定性之间的取舍，而要在整片晶圆上都做出低损耗、又均匀一致的薄膜，至今仍是一个活跃而尚未收尾的工程难题。