Resumo: Esta dissertação aborda o desenvolvimento e caracterização de Qubits supercondutores, com foco específico nos Qubits do tipo Transmon, que oferecem maior imunidade a flutuações de carga. Um Transmon é um dispositivo formado por uma junção Josephson e um capacitor em paralelo. Quando no regime quantizado, este dispositivo pode ser descrito por um oscilador anarmônico, e os dois primeiros níveis de energia (fundamental e excitado) podem ser utilizados para operar como um qubit. O trabalho inclui uma descrição detalhada dos processos de fabricação, caracterização e controle da energia das junções Josephson. A caracterização das junções envolveu medir a resistência em função da área e do tempo de oxidação, o que ajudou a estabelecer uma relação linear entre essas variáveis. Essas medições permitiram calcular a energia Josephson das junções, um parâmetro crítico que influencia o desempenho dos Qubits. A resistência das junções diminuiu conforme a área aumentava, seguindo o comportamento esperado pela lei de Ohm, o que foi confirmado pelas medições realizadas. A análise detalhada também mostrou que a espessura da camada de óxido crescia linearmente com o tempo de oxidação, o que é coerente com os modelos teóricos aplicados. Adicional aos processos de fabricação e caracterização das junções, a dissertação também analisou o efeito dos elétrons retroespalhados durante o processo de litografia por feixe de elétrons. Esses elétrons podem depositar energia em áreas não diretamente expostas ao feixe, influenciando a qualidade da litografia e, por conseguinte, a formação das junções Josephson. A compreensão desses efeitos foi essencial para ajustar o processo de fabricação e melhorar a consistência das junções, resultando em um controle mais preciso sobre a energia Josephson e, portanto, no desempenho geral dos Qubits supercondutores fabricados. Esta análise levou a uma publicação em um revista da área(REBELLO et al., ). Além do desenvolvimento técnico, a pesquisa inclui a caracterização de Qubits fabricados, com medições de parâmetros como tempos de relaxação e decoerência, que são críticos para o desempenho em computação quântica. O estudo conseguiu fabricar e caracterizar com sucesso um Qubit supercondutor do tipo Transmon em uma cavidade de cobre 3D, demonstrando que os parâmetros medidos estavam próximos do esperado e condizentes com dispositivos similares já documentados na literatura. Os principais parâmetros que caracterizam o qubit são os tempos de relaxação e decoerência, que para o qubit desenvolvido neste projeto, foram obtidos valores de 16 +- 2µs e 6,2 +- 0,4µs respectivamente. Para comparação, no trabalho de (RUELA, ) é apresentado um projeto do grupo do Oliver Buisson cujos tempos característicos foram de 14µs e 1µs, também o projeto de (MILLER, 2018) obteve tempos de 2µs e 1µs para o qubit desenvolvido. Por fim, a dissertação destaca a importância dessa pesquisa no contexto brasileiro, onde o desenvolvimento de circuitos de eletrodinâmica quântica ainda está em seus estágios iniciais. A contribuição do trabalho está na adaptação e aplicação de técnicas avançadas de fabricação de Qubits com as tecnologias disponíveis no Brasil, oferecendo um passo importante para o avanço das tecnologias quânticas de segunda geração no país Ver menos

Abstract: This dissertation addresses the development and characterization of superconducting qubits, with a specific focus on Transmon-type qubits, which offer greater immunity to charge fluctuations. A Transmon is a device consisting of a Josephson junction and a parallel capacitor. When in the quantized regime, this device can be described as an anharmonic oscillator, with its first two energy levels (ground and excited) serving as the basis for qubit operations. The work includes a detailed description of the fabrication processes, characterization, and control of the Josephson junction energy. The characterization involved measuring the resistance as a function of the area and oxidation time, establishing a linear relationship between these variables. These measurements enabled the calculation of the Josephson energy of the junctions, a critical parameter that influences qubit performance. The resistance of the junctions decreased as the area increased, following the expected behavior according to Ohm’s law, which was confirmed by the conducted measurements. A detailed analysis also showed that the oxide layer thickness grew linearly with oxidation time, aligning with applied theoretical models. In addition to the fabrication and characterization processes of the junctions, the dis- sertation also analyzed the effect of backscattered electrons during the electron beam lithography process. These electrons can deposit energy in areas not directly exposed to the beam, affecting the lithography quality and consequently the formation of the Josephson junctions. Understanding these effects was crucial to fine-tuning the fabrication process and improving the consistency of the junctions, resulting in more precise control over the Josephson energy and, therefore, the overall performance of the fabricated superconducting qubits. This analysis led to a publication in a specialized journal (REBELLO et al., ). Beyond the technical development, the research includes the characterization of fabricated qubits, with measurements of parameters such as relaxation and decoherence times, which are critical for quantum computing performance. The study successfully fabricated and characterized a Transmon-type superconducting qubit in a 3D copper cavity, demonstrating that the measured parameters were close to the expected values and consistent with similar devices documented in the literature. The key parameters characterizing the qubit are the relaxation and decoherence times, which for the qubit developed in this project were 16 +-2µs e 6,2 +- 0,4µs, respectively. For comparison, the work of (RUELA, ) presented a project from Oliver Buisson’s group, with characteristic times of 14µs and 1µs, while the project of (MILLER, 2018) achieved times of 2µs and 1µs for their developed qubit. Finally, the dissertation highlights the importance of this research within the Brazilian context, where the development of quantum electrodynamics circuits is still in its early stages. The contribution of this work lies in adapting and applying advanced qubit fabrication techniques with the technologies available in Brazil, representing a significant step forward in the advancement of second-generation quantum technologies in the country Ver menos