To reduce the level of thermally generated electrical noise transmitted to superconducting quantum devices operating at 20 mK, we have developed thin-film microwave power attenuators operating from 1 to 10 GHz. The 20 and 30 dB attenuators are built on a quartz substrate and use 75 nm thick films of nichrome for dissipative components and 1 μm thick silver films as hot electron heat sinks. The noise temperature of the attenuators was quantified by connecting the output to a 3D cavity containing a transmon qubit and extracting the dephasing rate of the qubit as a function of temperature and dissipated power Pd in the attenuator. The minimum noise temperature Tn of the output from the 20 dB attenuator was Tn53 mK for no additional applied power and Tn120 mK when dissipating 30 nW. In the limit of large dissipated power (Pd>1 nW), we find TnPd1/5.4, consistent with detailed thermal modeling of heat flow in the attenuators.

1.
Y.
Nakamura
,
Y. A.
Pashkin
, and
J. S.
Tsai
,
Nature
398
,
786
(
1999
).
2.
C.
Rigetti
,
J. M.
Gambetta
,
S.
Poletto
,
B. L. T.
Plourde
,
J. M.
Chow
,
A. D.
Córcoles
,
J. A.
Smolin
,
S. T.
Merkel
,
J. R.
Rozen
,
G. A.
Keefe
,
M. B.
Rothwell
,
M. B.
Ketchen
, and
M.
Steffen
,
Phys. Rev. B
86
,
100506(R)
(
2012
).
3.
W. D.
Oliver
and
P. B.
Welander
,
MRS Bull.
38
,
816
(
2013
).
4.
A.
Blais
,
R.-S.
Huang
,
A.
Wallraff
,
S. M.
Girvin
, and
R. J.
Schoelkopf
,
Phys. Rev. A
69
,
62320
(
2004
).
5.
A.
Wallraff
,
D. I.
Schuster
,
A.
Blais
,
L.
Frunzio
,
J.
Majer
,
M. H.
Devoret
,
S. M.
Girvin
, and
R. J.
Schoelkopf
,
Phys. Rev. Lett.
95
,
60501
(
2005
).
6.
J.
Koch
,
T. M.
Yu
,
J.
Gambetta
,
A. A.
Houck
,
D. I.
Schuster
,
J.
Majer
,
A.
Blais
,
M. H.
Devoret
,
S. M.
Girvin
, and
R. J.
Schoelkopf
,
Phys. Rev. A
76
,
42319
(
2007
).
7.
H.
Paik
,
D. I.
Schuster
,
L. S.
Bishop
,
G.
Kirchmair
,
G.
Catelani
,
A. P.
Sears
,
B. R.
Johnson
,
M. J.
Reagor
,
L.
Frunzio
,
L. I.
Glazman
,
S. M.
Girvin
,
M. H.
Devoret
, and
R. J.
Schoelkopf
,
Phys. Rev. Lett.
107
,
240501
(
2011
).
8.
R.
Barends
,
J.
Kelly
,
A.
Megrant
,
D.
Sank
,
E.
Jeffrey
,
Y.
Chen
,
Y.
Yin
,
B.
Chiaro
,
J.
Mutus
,
C.
Neill
,
P.
O'Malley
,
P.
Roushan
,
J.
Wenner
,
T. C.
White
,
A. N.
Cleland
, and
J. M.
Martinis
,
Phys. Rev. Lett.
111
,
80502
(
2013
).
9.
J. M.
Martinis
,
K. B.
Cooper
,
R.
McDermott
,
M.
Steffen
,
M.
Ansmann
,
K. D.
Osborn
,
K.
Cicak
,
S.
Oh
,
D. P.
Pappas
,
R. W.
Simmonds
, and
C. C.
Yu
,
Phys. Rev. Lett.
95
,
210503
(
2005
).
10.
J.
Gao
,
M.
Daal
,
A.
Vayonakis
,
S.
Kumar
,
J.
Zmuidzinas
,
B.
Sadoulet
,
B. A.
Mazin
,
P. K.
Day
, and
H. G.
Leduc
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
152505
(
2008
).
11.
J. B.
Chang
,
M. R.
Vissers
,
A. D.
Córcoles
,
M.
Sandberg
,
J.
Gao
,
D. W.
Abraham
,
J. M.
Chow
,
J. M.
Gambetta
,
M.
Beth Rothwell
,
G. A.
Keefe
,
M.
Steffen
, and
D. P.
Pappas
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
12602
(
2013
).
12.
A.
Megrant
,
C.
Neill
,
R.
Barends
,
B.
Chiaro
,
Y.
Chen
,
L.
Feigl
,
J.
Kelly
,
E.
Lucero
,
M.
Mariantoni
,
P. J. J.
O'Malley
,
D.
Sank
,
A.
Vainsencher
,
J.
Wenner
,
T. C.
White
,
Y.
Yin
,
J.
Zhao
,
C. J.
Palmstrøm
,
J. M.
Martinis
, and
A. N.
Cleland
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
113510
(
2012
).
13.
A. P.
Sears
,
A.
Petrenko
,
G.
Catelani
,
L.
Sun
,
H.
Paik
,
G.
Kirchmair
,
L.
Frunzio
,
L. I.
Glazman
,
S. M.
Girvin
, and
R. J.
Schoelkopf
,
Phys. Rev. B
86
,
180504(R)
(
2012
).
14.
F.
Yan
,
S.
Gustavsson
,
A.
Kamal
,
J.
Birenbaum
,
A. P.
Sears
,
D.
Hover
,
T. J.
Gudmundsen
,
D.
Rosenberg
,
G.
Samach
,
S.
Weber
,
J. L.
Yoder
,
T. P.
Orlando
,
J.
Clarke
,
A. J.
Kerman
, and
W. D.
Oliver
,
Nat. Commun.
7
,
12964
(
2016
).
15.
G.
Zimmerli
,
T. M.
Eiles
,
R. L.
Kautz
, and
J. M.
Martinis
,
Appl. Phys. Lett.
61
,
237
(
1992
).
16.
F. C.
Wellstood
,
C.
Urbina
, and
J.
Clarke
,
Appl. Phys. Lett.
50
,
772
(
1987
).
17.
D. J.
Van Harlingen
,
T. L.
Robertson
,
B. L. T.
Plourde
,
P. A.
Reichardt
,
T. A.
Crane
, and
J.
Clarke
,
Phys. Rev. B
70
,
64517
(
2004
).
18.
D. I.
Schuster
,
A.
Wallraff
,
A.
Blais
,
L.
Frunzio
,
R.-S.
Huang
,
J.
Majer
,
S. M.
Girvin
, and
R. J.
Schoelkopf
,
Phys. Rev. Lett.
94
,
123602
(
2005
).
19.
J.
Gambetta
,
A.
Blais
,
D. I.
Schuster
,
A.
Wallraff
,
L.
Frunzio
,
J.
Majer
,
M. H.
Devoret
,
S. M.
Girvin
, and
R. J.
Schoelkopf
,
Phys. Rev. A
74
,
42318
(
2006
).
20.
A. A.
Clerk
and
D. W.
Utami
,
Phys. Rev. A
75
,
42302
(
2007
).
21.
D. I.
Schuster
,
A. A.
Houck
,
J. A.
Schreier
,
A.
Wallraff
,
J. M.
Gambetta
,
A.
Blais
,
L.
Frunzio
,
J.
Majer
,
B.
Johnson
,
M. H.
Devoret
,
S. M.
Girvin
, and
R. J.
Schoelkopf
,
Nature
445
,
515
(
2007
).
22.
B.
Suri
,
Z. K.
Keane
,
R.
Ruskov
,
L. S.
Bishop
,
C.
Tahan
,
S.
Novikov
,
J. E.
Robinson
,
F. C.
Wellstood
, and
B. S.
Palmer
,
New J. Phys.
15
,
125007
(
2013
).
23.
Midwest Microwave: attenuator series, Datasheet No. ATT-0640-XX-29M-02.
24.
M. L.
Roukes
,
M. R.
Freeman
,
R. S.
Germain
,
R. C.
Richardson
,
M. B.
Ketchen
, and
S.
State
,
Phys. Rev. Lett.
55
,
422
(
1985
).
25.
F. C.
Wellstood
,
C.
Urbina
, and
J.
Clarke
,
Phys. Rev. B
49
,
5942
(
1994
).
26.
W. A.
Little
,
Can. J. Phys.
37
,
334
(
1959
).
27.
R. E.
Collin
,
Foundations for Microwave Engineering
(
John Wiley and Sons
,
New York
,
2001
).
28.
J. L.
Cano
,
N.
Wadefalk
, and
J. D.
Gallego-Puyol
,
IEEE Trans. Microwave Theory Tech.
58
,
2504
(
2010
).
29.
C. H.
Lane
, “Nichrome resistor properties and reliability,” National Technical Information Service Document No. AD765534 (
1973
).
30.
J.
Rölke
,
Electrocomponent Sci. Technol.
9
,
51
(
1981
).
31.
R. C.
Zeller
and
R. O.
Pohl
,
Phys. Rev. B
4
,
2029
(
1971
).
32.
N. J.
Simon
,
Cryogenic Properties of Inorganic Insulation Materials for ITER Magnets: A Review
(
National Institute of Standards and Technology
,
Boulder
,
1994
).
33.
R. E.
Peterson
and
A. C.
Anderson
,
J. Low Temp. Phys.
11
,
639
(
1973
).
34.
E.
Swartz
and
R.
Pohl
,
Rev. Mod. Phys.
61
,
605
(
1989
).
35.
F.
Pobell
,
Matter and Methods at Low Temperatures
(
Springer
,
Berlin/Heidelberg
,
1996
).
36.
J.
Ekin
,
Experimental Techniques for Low-Temperature Measurements : Cryostat Design, Material Properties and Superconductor Critical-Current Testing
(
OUP
Oxford
,
2006
).
37.
R. J.
Schoelkopf
,
A. A.
Clerk
,
S. M.
Girvin
,
K. W.
Lehnert
, and
M. H.
Devoret
, in
Quantum Noise in Mesoscopic Physics
, edited by
Y. V.
Nazarov
(
Springer
,
Netherlands
,
2003
), pp.
175
203
.
38.
University Wafer: Single crystal quartz wafer 557.
39.
Circuitworks: CW2400.
40.
Midwest Microwave, Datasheet No. ATT-0640-20-29M-02.
41.
K&L Microwave, Datasheet No. 11L250-12000/T20000.
42.
Passive Microwave Technologies: CWJ1015K3 and QuinStar Technology, Inc.: QCI-075900X000.
43.
California Institute of Technology: CITCRYO 4-12A.
44.
Coax Co., LTD. CuNi cables: SC-219/50-CN-CN and Nb cables: SC-219/50-Nb-Nb.
45.
Amuneal Manufacturing: Amumetal 4K.
46.
R.
Barends
,
J.
Wenner
,
M.
Lenander
,
Y.
Chen
,
R. C.
Bialczak
,
J.
Kelly
,
E.
Lucero
,
P.
O'Malley
,
M.
Mariantoni
,
D.
Sank
,
H.
Wang
,
T. C.
White
,
Y.
Yin
,
J.
Zhao
,
A. N.
Cleland
,
J. M.
Martinis
, and
J. J. A.
Baselmans
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
113507
(
2011
).
47.
S.
Novikov
, Ph.D. thesis,
University of Maryland
,
2015
.
48.
E. T.
Jaynes
and
F. W.
Cummings
,
Proc. IEEE
51
,
89
(
1963
).
49.
M.
Shen
, Ph.D. thesis,
Yale University
,
2005
.
You do not currently have access to this content.