European Physical Journal C: Particles and Fields (Jan 2023)
Disentangling the sources of ionizing radiation in superconducting qubits
- L. Cardani,
- I. Colantoni,
- A. Cruciani,
- F. De Dominicis,
- G. D’Imperio,
- M. Laubenstein,
- A. Mariani,
- L. Pagnanini,
- S. Pirro,
- C. Tomei,
- N. Casali,
- F. Ferroni,
- D. Frolov,
- L. Gironi,
- A. Grassellino,
- M. Junker,
- C. Kopas,
- E. Lachman,
- C. R. H. McRae,
- J. Mutus,
- M. Nastasi,
- D. P. Pappas,
- R. Pilipenko,
- M. Sisti,
- V. Pettinacci,
- A. Romanenko,
- D. Van Zanten,
- M. Vignati,
- J. D. Withrow,
- N. Z. Zhelev
Affiliations
- L. Cardani
- INFN, Sezione di Roma
- I. Colantoni
- INFN, Sezione di Roma
- A. Cruciani
- INFN, Sezione di Roma
- F. De Dominicis
- Gran Sasso Science Institute
- G. D’Imperio
- INFN, Sezione di Roma
- M. Laubenstein
- INFN, Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- A. Mariani
- INFN, Sezione di Roma
- L. Pagnanini
- Gran Sasso Science Institute
- S. Pirro
- INFN, Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- C. Tomei
- INFN, Sezione di Roma
- N. Casali
- INFN, Sezione di Roma
- F. Ferroni
- INFN, Sezione di Roma
- D. Frolov
- Fermi National Accelerator Laboratory
- L. Gironi
- Dipartimento di Fisica, Università di Milano-Bicocca
- A. Grassellino
- Fermi National Accelerator Laboratory
- M. Junker
- INFN, Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- C. Kopas
- Rigetti Computing
- E. Lachman
- Rigetti Computing
- C. R. H. McRae
- National Institute of Standards and Technology
- J. Mutus
- Rigetti Computing
- M. Nastasi
- Dipartimento di Fisica, Università di Milano-Bicocca
- D. P. Pappas
- Rigetti Computing
- R. Pilipenko
- Fermi National Accelerator Laboratory
- M. Sisti
- INFN, Sezione di Milano-Bicocca
- V. Pettinacci
- INFN, Sezione di Roma
- A. Romanenko
- Fermi National Accelerator Laboratory
- D. Van Zanten
- Fermi National Accelerator Laboratory
- M. Vignati
- INFN, Sezione di Roma
- J. D. Withrow
- Physics Department, University of Florida
- N. Z. Zhelev
- Center for Applied Physics and Superconducting Technologies, Northwestern University
- DOI
- https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-023-11199-2
- Journal volume & issue
-
Vol. 83,
no. 1
pp. 1 – 10
Abstract
Abstract Radioactivity was recently discovered as a source of decoherence and correlated errors for the real-world implementation of superconducting quantum processors. In this work, we measure levels of radioactivity present in a typical laboratory environment (from muons, neutrons, and $$\gamma $$ γ -rays emitted by naturally occurring radioactive isotopes) and in the most commonly used materials for the assembly and operation of state-of-the-art superconducting qubits. We present a GEANT-4 based simulation to predict the rate of impacts and the amount of energy released in a qubit chip from each of the mentioned sources. We finally propose mitigation strategies for the operation of next-generation qubits in a radio-pure environment.
