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Nature Nanotechnology 2 (2007) 39
Rare-earth solid-state qubits
Sylvain Bertaina 1, 2, Serge Gambarelli 3, Alexandra Tkachuk 4, Igor Kurkin 5, Boris Malkin 5, Anatole Stepanov 6, Bernard Barbara ( ) 1
(01/01/2007)

Quantum bits (qubits) are the basic building blocks of any quantum computer. Superconducting qubits have been created with a 'top-down' approach that integrates superconducting devices into macroscopic electrical circuits [1-3], whereas electron-spin qubits have been demonstrated in quantum dots [4-6]. The phase coherence time (Tau2) and the single qubit figure of merit (QM) of superconducting and electron-spin qubits are similar --- Tau2 ~ microseconds and QM ~10-1000 below 100mK --- and it should be possible to scale-up these systems, which is essential for the development of any useful quantum computer. Bottom-up approaches based on dilute ensembles of spins have achieved much larger values of tau2 (up to tens of ms) [7, 8], but these systems cannot be scaled up, although some proposals for qubits based on 2D nanostructures should be scalable [9-11]. Here we report that a new family of spin qubits based on rare-earth ions demonstrates values of Tau2 (~ 50microseconds) and QM (~1400) at 2.5 K, which suggests that rare-earth qubits may, in principle, be suitable for scalable quantum information processing at 4He temperatures.
1 :  Institut Néel (NEEL)
CNRS : UPR2940 – Université Joseph Fourier - Grenoble I – Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)
2 :  Ecole Nationale Polytechnique (ENSPG)
INP
3 :  Laboratoire de Chimie Inorganique et Biologie (LCIB)
CEA – Université Joseph Fourier - Grenoble I
4 :  S.I. Vavilov State Optical Institute
S.I. Vavilov State Optical Institute
5 :  Kazan State University
Kazan State University
6 :  Laboratoire matériaux et microélectronique de Provence (L2MP)
CNRS : UMR6137 – Université Paul Cézanne - Aix-Marseille III – Université de Provence - Aix-Marseille I – Université Sud Toulon Var
NanoSpin
Physique/Matière Condensée/Autre
quantum coherence – magnetism – spins – qubits – rare-earths
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