当涉及到开发量子计算机和利用量子信息时，科学家需要对构成超导量子比特或量子比特的材料有一个全面的了解，量子比特是量子计算机的核心组成部分，承载着信息。美国能源部科学家，以及国家标准与技术研究所等合作者，已经使用一种新技术识别了物理量子位中限制量子信息寿命的杂质。
美国能源部科学家检查了某材料科学实验室中的TOF-SIMS设备，该设备的使用使SQMS科学家能够在百万分之一的精度水平上研究超导量子位中的杂质，量子退相干的噪声会限制量子信息存储寿命。这种现象对量子计算机的性能产生了不利影响，量子计算机依赖量子信息进行计算，当科学家成功地制造出受量子退相干源影响较小的量子位时，量子计算机的力量将被释放，科学家将拥有一种新的工具来执行经典计算机难以或不可能解决的计算。
量子计算机被设计用来解决需要大量内存的问题，通过使用一种称为纠缠的量子力学特性，这些计算机将能够分析包含大量数据的系统，如交通模式、天气预测、金融建模等。
“在超导量子比特中，我们一直想知道什么样的潜在材料属性会影响量子计算机的性能。”美国能源部量子材料主管表示。“现在，SQMS研究人员已经能够使用高精度分析设备检查Rigetti设备，以发现我们以前从未 探索 过的潜在缺陷系统。”在构成超导量子比特的材料中发现的杂质可归因于导致量子退相干，美国科学家们在发表的一篇论文中强调了这一点。
通过TOF-SIMS分析超导量子位样品中碳氢化合物杂质分布的3D数据图，通过在原子水平上对量子位进行三维分析，美国科学家们发现了包括氧、氢、碳、氯、氟、钠、镁和钙等元素在内的杂质。为了发现这些杂质，科学家们使用了一种叫做TOF-SIMS二元时间真空离子质谱仪的设备，它可以快速发射一个量子位的离子，并将其切碎。从量子位表面切下的离子在仪器中的传感器中进行分析，在这里，组成元素的识别精度可以达到百万分之一。
科学家解释说：“作为该中心的一部分，我们最初的目标是准确地确定量子位样本中的杂质和缺陷。一旦我们获得了这些信息，我们就可以制定策略来去除这些杂质并提高量子计算机的性能。TOF-SIMS仪器最初是为美国军方的超导射频研究项目购买的，用于识别加速器空腔中的杂质，用于推动粒子加速器中的粒子。现在，TOF-SIMS装置首次被用于分析量子位。加速器腔的材料中的杂质也会影响性能，这使得该仪器适用于SQMS科学家，他们也在识别材料中的杂质，这些杂质会损害其他超导技术。”
科学家解释说：“我们最初的目标是准确地确定样品中的杂质和缺陷。一旦我们获得了这些信息，我们就可以制定消除这些杂质和提高性能的策略。”TOF-SIMS从顶层识别原子，并通过量子位向下蚀刻，生成组成量子位的元素和化合物的三维轮廓，并确定存在的杂质的位置和类型，量子位可以通过在硅上沉积一层超导铌来制作。科学家们将铌汽化成气体，就像冬天水蒸气在冷金属上形成冰一样，铌也会凝固并在硅上形成一层薄膜。
科学家解释说，集成铌的原始腔室，或者薄膜上铌原子的结构，可能会导致量子位元上的杂质。从材料和方法的角度来看，TOF-SIMS的分析可用于改进产生量子位的过程。
更关键的是，这部分技术已经准备开始下放啦，美国能源部首席商业化官兼技术转让办公室主任和某国家实验室首席技术官一起参观了这个实验室，他们就材料研究、TOF-SIMS设备的使用和SQMS内的技术转让机会进行了交谈。
写了这篇文章之后，我来吐槽几句，太复杂了，终于写完了，我得自己先明白这是什么意思才能写，这部分花费时间最长，哈哈，这突破真是实打实的……