Что не так с поисками майорановских фермионов и при чем тут Microsoft

N+1Hi-Tech

Наплели моду

Что не так с поисками майорановских фермионов и при чем тут Microsoft

Евгений Глушков

В 2021 журнал Natureотозвал статью группы Лео Коувенховена о полупроводниковых нанопроволоках, покрытых слоем сверхпроводника. В 2022 году — еще одну статью той же группы на ту же тему. Виноваты в этом ученики Коувенховена — Сергей Фролов и Винсент Моурик, которые показали, что результаты, заявленные в обеих статьях, нельзя считать достигнутыми. Более того, они уже составили список работ в этой области, к которым, по их мнению, также следует отнестись с подозрением.

Из-за найденных ошибок из журналов только одной издательской группы Springer Nature отзывают в среднем десятки статей в год, и широкая научная общественность по этому поводу, как правило, не переживает. Но отзыв работ Коувенховена — другое дело. Потому что за ними стоят миллионы инвестиций компании Microsoft, которая не скрывала своего оптимизма в отношении нанопроволок из Делфта, где трудился Коувенховен. IT-гигант планирует делать на них квантовые компьютеры, причем намного более многообещающие, чем существующие сегодня машины. В своих сенсационных экспериментах 2010-х годов Коувенховен показал, что в его нанопроволоках появляются майорановские нулевые моды — квазичастицы со свойствами тех самых майорановских фермионов, которые предсказал почти век назад Этторе Майорана.

Энионы Microsoft

В начале 2000-х годов мало кто вне узких академических кругов слышал про квантовые вычисления. Тем более сложно было представить, что исследования в этой области могут заинтересовать крупную IT-компанию. Но именно это произошло, когда в коридорах исследовательского подразделения Microsoft (Microsoft Research, MSR) встретились русский физик-теоретик Алексей Китаев и американский математик Майкл Фридман.

Китаев еще будучи сотрудником Института теоретической физики имени Ландау предложил концепцию квантовых вычислений, в которых ошибки из-за декогеренции кубитов физически невозможны. Такие ошибки — неизбежный спутник всех физических платформ для квантовых вычислений, будь то сверхпроводящие кубиты, атомы и ионы в ловушках или дефекты в кристаллах. Отсюда возникает необходимость в алгоритмах коррекции ошибок, которые заменяют несовершенные физические кубиты безошибочными логическими.

Есть только одно «но». Один логический кубит — это десятки физических кубитов, при том что в последних машинах, за исключением продукции канадцев из D-wave, их число едва лишь подобралось к сотне (о состоянии квантовой гонки и месте российских ученых в ней читайте в материале «Квантовое преследование»). Поэтому до исполнения полноценного квантового алгоритма пока дело ни у кого не дошло, вместо этого ученым приходится довольствовать разнообразными гибридными вычислениями (о них читайте в материале «Разминка для кубита»).

В свете этого идея кубита, которым не нужна никакая надстройка для коррекции ошибок, естественно, выглядит как значимое преимущество над остальными платформами. Фридмана идея Китаева использовать энионы заинтриговала, они написали вместе фундаментальную статью — и дальше математик увлекся настолько, что убедил высшее руководство Microsoft создать отдельное подразделение, посвященное квантовым вычислениям.

Так в 2005 году появилась Station Q — по сути, отдельный институт квантовых технологий при Калифорнийском университете в Санта-Барбаре на балансе у Microsoft — а Фридман его возглавил (это он, собственно, настоял на том, чтобы не называть это учреждение ни «институтом», ни «центром»).

Что дальше? Дальше надо экспериментировать. Получить энионы, научиться их переплетать и связать из них квантовый процессор. Тут есть плохая новость: найти энионы в трехмерном пространстве невозможно. Поэтому ученые вынуждены создавать специальные двумерные системы, в которых существование энионов становится физически возможным в виде квазичастиц. Сама по себе это задача настолько сложна, что между теоретическим описанием энионов и их экспериментальным наблюдением прошел не один десяток лет.

Еще больше все усложняется тем, что для топологических квантовых вычислений требуется весьма специфический сорт энионов — неабелевы энионы, для которых имеет значение не только с какими другими энионами переплелись их мировые линии, но и в какой последовательности.

Хорошие новости тоже, впрочем, есть: как раз в те же годы, когда Фридман заразился идеей квантовых вычислителей на энионах, начали появляться теоретические работы, показывавшие, что под определение энионов могут подходить майорановские фермионы в различных системах.

Частицы Майораны

Март 1938 года. На палубе парохода, следующего из сицилийского Палермо в Неаполь стоит 32-летний профессор физики Этторе Майорана. Но до пункта назначения он так и не доберется. Никто из современников никогда не узнает, что именно произошло с загадочным итальянцем в эти несколько часов. Покончил ли он жизнь самоубийством, выбросившись за борт корабля (так, например, думали его коллеги Эмилио Сегре и Эдоардо Амальди)? Перебрался ли в Советский Союз, тем самым подав пример Бруно Понтекорво? Или, раздираемый религиозной жаждой (Майорана был рьяным католиком), скрылся в монастыре от мира, стоящего на пороге мировой войны?

Узнать что-либо о судьбе Майораны не помогло даже то, что Муссолини лично распорядился начать поиски физика. Только в 2015 году итальянский суд закрыл дело Майораны, опираясь на свидетельства Франческо Фасани, который в 50-е годы встретил ученого в Венесуэле и сделал его фотографию. Как он там оказался — и почему? Всю правду мы вряд ли когда-то узнаем. Но открытия Майораны продолжают жить и приводят к резонансным событиям в научном мире и сегодня.

Майорана не любил публиковать результаты своих исследований в виде научных статей. Зачастую он делал заметки и расчеты прямо на сигаретной пачке, а когда папиросы в ней заканчивались, выбрасывал ее — вместе со всем, что записал. Более объемные рукописи он складировал в ящике своего стола, не считая достаточно важными для публикации, и об их содержимом научный мир узнал лишь десятилетия спустя. Будь Майорана чуть более практичен, на его счету могла бы быть не одна Нобелевская премия (в том числе, за открытие нейтрона), а развитие нескольких областей физики шло бы существенно быстрее.

За свою жизнь Майорана опубликовал всего девять научных статей — ничтожно мало по нынешним меркам. Каждая из них стала значимым вкладом в науку. Стоит отметить, что за возможность увидеть и оценить значимость работ итальянского гения надо благодарить его руководителя Энрико Ферми (подробнее о нем и его «парнях» мы рассказывали в материале «Но к нам идет жестокая пора»). Именно Ферми постоянно, пусть и не всегда успешно, подталкивал юного Майорану к публикации своих идей, а иногда и сам дописывал за него незаконченные статьи и посылал их в научные журналы.

Венцом опубликованных работ Майораны стала статья «Симметричная теория электрона и позитрона», вышедшая всего за несколько месяцев до его исчезновения. В ней он проанализировал решения уравнения, выведенного несколько годами раньше английским физиком Полем Дираком, и показал, что часть из них описывает совершенно особый тип частиц, которые, в отличие от бозонов и фермионов, являются собственными античастицами. Именно их сегодня называют майорановскими фермионами — или попросту майоранами.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

«Немцы после войны: Как Западной Германии удалось преодолеть нацизм» «Немцы после войны: Как Западной Германии удалось преодолеть нацизм»

Как тяготы послевоенного периода заставили немцев чувствовать себя жертвами

N+1
10 способов относиться к себе проще 10 способов относиться к себе проще

Как перестать требовать от себя слишком многого?

Psychologies
Как Мэй Хабиб заработала $285 млн на ИИ-агентах, способных заменить 90% работников Как Мэй Хабиб заработала $285 млн на ИИ-агентах, способных заменить 90% работников

Как Мэй Хабиб создает ПО на базе ИИ, которое берет на себя рутинные задачи

Forbes
Физики порисовали по сегнетоэлектрику на нанометровом масштабе Физики порисовали по сегнетоэлектрику на нанометровом масштабе

Новый метод лазерной печати сегнетоэлектрических доменов в ниобате лития

N+1
8 доказанных наукой привычек, которые действительно повышают интеллект 8 доказанных наукой привычек, которые действительно повышают интеллект

Какие ритуалы стоит добавить в свою рутину, чтобы стать умнее

Maxim
Любовные сигналы: что язык тела расскажет об отношениях? Любовные сигналы: что язык тела расскажет об отношениях?

О чем нам сообщают телесные послания?

Psychologies
Маруся Фомина: «Люди и персонажи должны развиваться, иначе я теряю к ним интерес» Маруся Фомина: «Люди и персонажи должны развиваться, иначе я теряю к ним интерес»

Актриса Маруся Фомина — о том, как оправдывать своих персонажей

Grazia
Красота спасет мир: история картины «Зеленая полоса» художницы Ольги Розановой и что привело русский авангард к цветописи Красота спасет мир: история картины «Зеленая полоса» художницы Ольги Розановой и что привело русский авангард к цветописи

Разбор шедевра беспредметной живописи, картины «Зеленая полоса» Ольги Розановой

Правила жизни
Выйди и зайди нормально: 5 распространенных ошибок, которые портят внешний вид Выйди и зайди нормально: 5 распространенных ошибок, которые портят внешний вид

Пять самых распространенных ошибок стиля, которые нередко совершают мужчины

Правила жизни
Любовный треугольник Ленина: как неприметная Крупская увела Ильича у красотки Якубовой Любовный треугольник Ленина: как неприметная Крупская увела Ильича у красотки Якубовой

Не всем известно, что семья "отца революции" началась с "романа на троих"

VOICE
«Злая сестра Петра I»: почему биографию царевны Софьи пора переосмыслить «Злая сестра Петра I»: почему биографию царевны Софьи пора переосмыслить

Царевна Софья, с ее умом и образованием, могла бы стать неплохой правительницей

Forbes
Как мужчины ведут себя в соцсетях (и почему так ужасно) Как мужчины ведут себя в соцсетях (и почему так ужасно)

Шесть типов мужчин в социальных сетях

VOICE
Таких больше не будет: Елизавета II на обложках журналов, которые мы не забудем Таких больше не будет: Елизавета II на обложках журналов, которые мы не забудем

Несмотря на всю неоднозначность ее фигуры, Елизавету II любил целый мир

VOICE
Ушёл в историю Ушёл в историю

Почему в России никогда не будет второго Горбачёва и второй перестройки

Дилетант
Вы бы хотели жить в английском поместье? Британско-американская пара рассказала, как содержит особняк XVI века Вы бы хотели жить в английском поместье? Британско-американская пара рассказала, как содержит особняк XVI века

Каково это — владеть старинным особняком?

Правила жизни
Как удалить липкий слой от наклейки с любой поверхности: пошаговая инструкция Как удалить липкий слой от наклейки с любой поверхности: пошаговая инструкция

Как удалить этикетку без повреждений? Делимся ценными лайфхаками!

ТехИнсайдер
Черкесский экспресс Черкесский экспресс

Зинаида Пронченко о самом обнадеживающем российском фильме

Weekend
Почему электромобили на самом деле очень опасны? Все дело в шуме Почему электромобили на самом деле очень опасны? Все дело в шуме

Как должны звучать электромобили?

ТехИнсайдер
Рыбный день: обратите внимание на 6 полезных и 6 вредных видов рыбы Рыбный день: обратите внимание на 6 полезных и 6 вредных видов рыбы

Не вся рыба одинаково полезна, а некоторые виды стоит избегать

ТехИнсайдер
Возьмите в руки карандаш: творческое упражнение для достижения целей Возьмите в руки карандаш: творческое упражнение для достижения целей

Может ли творчество повысить вашу эффективность?

Psychologies
«Травматичный опыт»: как школа влияет на самооценку россиян «Травматичный опыт»: как школа влияет на самооценку россиян

Почему многие выходят из школы травмированными?

Psychologies
Что такое пилинг Джесснера и как он поможет омолодить кожу Что такое пилинг Джесснера и как он поможет омолодить кожу

Чем пилинг Джесснера может помочь коже и почему его нельзя делать самостоятельно

РБК
Пили все, что горит: история алкогольных суррогатов СССР Пили все, что горит: история алкогольных суррогатов СССР

Не пытайтесь повторить. Опыт употребления непищевых жидкостей во времена СССР

Maxim
Вдовцы Вдовцы

Полину Барскову узнали благодаря ее стихам – умным, тонким

Правила жизни
По книжным и барам: подбираем лучшие книжно-алкогольные сочетания По книжным и барам: подбираем лучшие книжно-алкогольные сочетания

Художественная литература и алкоголь, который её изысканно дополнит

Maxim
Простить обидчика искренне: 5 важных шагов Простить обидчика искренне: 5 важных шагов

Что же такое прощение и что можно сделать, чтобы действительно простить человека

Psychologies
Монстр остроумия: как смех в СССР становился инструментом контроля и подавления Монстр остроумия: как смех в СССР становился инструментом контроля и подавления

Отрывок из книги «Госсмех: сталинизм и комическое»

Forbes
«Я недостойна быть любимой»: как травмы детства влияют на отношения в паре «Я недостойна быть любимой»: как травмы детства влияют на отношения в паре

Как справиться с укоренившимися установками из детства

Psychologies
Больше не Лилибет: как Елизавета II узнала, что стала королевой Больше не Лилибет: как Елизавета II узнала, что стала королевой

Елизавета II стала королевой, находясь за пределами Великобритании

Forbes
Опасный перекресток. Как растения и продукты влияют на действие лекарств Опасный перекресток. Как растения и продукты влияют на действие лекарств

Даже безобидное растение в сочетании с лекарствами может привести к осложнениям

Лиза
Открыть в приложении