Кубит — вычислительная ячейка квантового компьютера — живёт доли миллисекунды, а потом забывает своё состояние. Одна из причин — крошечный контакт внутри него: два слоя алюминия, между которыми зажат слой оксида алюминия толщиной в пару нанометров. Этот бутерброд называют джозефсоновским переходом, и именно через него течёт сверхпроводящий ток без сопротивления.

Чтобы понять, что портит этот контакт, физики просветили его рентгеновскими лучами. Лучи отразились от разных слоёв, и по характеру отражения удалось восстановить, как расположены атомы внутри. Оказалось, барьер не одинаков: его нижняя граница, прилегающая к алюминию, более рыхлая и неупорядоченная, чем верхняя. А сам оксидный слой напоминает мозаику из двух разных укладок атомов — тетраэдрической и октаэдрической, — причём соотношение этих укладок меняется в зависимости от того, при каком давлении кислорода выращивали плёнку.

Такая неровная структура — идеальное место для появления дефектов, которые называют двухуровневыми системами. Эти дефекты ведут себя как крошечные переключатели, случайно меняющие своё состояние, и именно они, как полагают, крадут энергию у кубита, заставляя его терять квантовую информацию. Теперь, зная, как условия изготовления влияют на атомную укладку барьера, можно подбирать такие режимы, чтобы дефектов было меньше, а кубиты жили дольше.

Рентгеновская рефлектометрия, использованная в этой работе, — неразрушающий метод: она позволяет заглянуть внутрь готового устройства, не разбирая его. Это как сделать рентгеновский снимок двигателя, не выключая машину. Для квантовых технологий такой инструмент — возможность наконец-то связать то, как мы делаем контакты, с тем, как они работают.