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

«Гипотеза белых дыр» «Гипотеза белых дыр»

Почему снаружи белая дыра не отличается от черной

N+1
Как слышится, так и пишется Как слышится, так и пишется

Пять художников и иллюстраторов изобразили, как представляют себе музыку

Правила жизни
Отложенное убийство: ИИ погубит поисковики, но не в этом году Отложенное убийство: ИИ погубит поисковики, но не в этом году

Технологии искусственного интеллекта покушаются на бизнес поисковых сервисов

Forbes
Камаzz Камаzz

Рэпер Камаzz о том, почему он сменил фамилию и как сбылась его заветная мечта

ЖАРА Magazine
Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие

Двадцать разных способов мастурбации на любой вкус и цвет

Cosmopolitan
Можно ли превратить линкор в авианосец: вот как это выглядит Можно ли превратить линкор в авианосец: вот как это выглядит

Почему США все еще пытаются вернуть свое барахло в строй?

ТехИнсайдер
Как найти человека в ВК, если знаешь его имя-фамилию, дату рождения и номер телефона Как найти человека в ВК, если знаешь его имя-фамилию, дату рождения и номер телефона

Как искать, чтобы найти всех тех, с кем вы хотите оказаться в контакте

CHIP
Как прожить долго: 8 привычек, которые помогли Елизавете II Как прожить долго: 8 привычек, которые помогли Елизавете II

Что помогало Елизавете II оставаться активной в почтенном возрасте

Psychologies
Проклятая табуретка для сплетниц, маска зайчика и другие неожиданные виды пыток в Средневековье Проклятая табуретка для сплетниц, маска зайчика и другие неожиданные виды пыток в Средневековье

Если суд не мог доказать вину человека, его подвергали пыткам

ТехИнсайдер
Как вытащить засевшую в грязи машину без трактора самому: вот несколько способов Как вытащить засевшую в грязи машину без трактора самому: вот несколько способов

Как вытащить автомобиль безопасно для людей и самой машины

ТехИнсайдер
Женщины за 40 — поколение «без возраста»? Женщины за 40 — поколение «без возраста»?

Как чувствуют и живут нынешние 40-летние

Psychologies
Эти оттенки ужасно старят! 5 осенних цветов, которые добавляют возраст - мнение стилиста Эти оттенки ужасно старят! 5 осенних цветов, которые добавляют возраст - мнение стилиста

Займемся поиском темных колдунов, которые наводят порчу на наш гардероб

VOICE
Дело не в лени: 7 признаков того, что стоит обсудить отсутствие энергии со специалистом Дело не в лени: 7 признаков того, что стоит обсудить отсутствие энергии со специалистом

Все ли, что кажется ленью, — действительно лень? И стоит ли ругать себя за нее?

Psychologies
Креативный ураган: как развивать у детей творческие способности и что делать с результатом Креативный ураган: как развивать у детей творческие способности и что делать с результатом

К чему может привести совет психолога не гасить в ребенке креативные способности

СНОБ
Нейросеть Google предсказала запах молекул по их структуре Нейросеть Google предсказала запах молекул по их структуре

Исследовательская лаборатория Google Research представила карту основных запахов

N+1
Николь Кидман Николь Кидман

Николь Кидман исполнилось пятьдесят пять

ЖАРА Magazine
Чувствуете вину при отстаивании личных границ? 3 шага, чтобы помочь себе Чувствуете вину при отстаивании личных границ? 3 шага, чтобы помочь себе

Что делать, чтобы при защите личных границ не мучала вина?

Psychologies
Гинеколог из Твери привлек 1,4 млрд руб. инвестиций и открыл сеть клиник по России. Сегодня она зарабатывает 1,9 млрд руб. в год. История «Клиники Фомина» Гинеколог из Твери привлек 1,4 млрд руб. инвестиций и открыл сеть клиник по России. Сегодня она зарабатывает 1,9 млрд руб. в год. История «Клиники Фомина»

Как гинеколог из Твери открыл сеть больниц по России

Inc.
Какие алкогольные напитки полезны для организма: что пить даже нужно Какие алкогольные напитки полезны для организма: что пить даже нужно

Полезные свойства в алкоголе все-таки были обнаружены

ТехИнсайдер
Застенчивость самцов альбатросов повысила риск их расставания с партнершами Застенчивость самцов альбатросов повысила риск их расставания с партнершами

Могут ли альбатроны стесняться и как это на них влиет?

N+1
На изящном: солнечный сюрреализм Рене Магритта, или как художник искал радость в окружающем пессимизме На изящном: солнечный сюрреализм Рене Магритта, или как художник искал радость в окружающем пессимизме

Разбираем творчество художника Рене Магритта в период второй мировой войны

Правила жизни
7 признаков, что вам не хватает витамина С 7 признаков, что вам не хватает витамина С

Получаете ли вы достаточное количество витамина С?

Inc.
«Мыть чужие полы? Вышивать крестиками?»: как жили эмигрантки в Европе 1920-х «Мыть чужие полы? Вышивать крестиками?»: как жили эмигрантки в Европе 1920-х

Отрывок из книги «Железная женщина», посвященной Муре Бенкендорф

Forbes
«Первыми, кто начал требовать хлеба, были женщины»: историк о советской экономике «Первыми, кто начал требовать хлеба, были женщины»: историк о советской экономике

О том, как в советское время люди покупали и «доставали» редкие вещи

Forbes
Фантастическое ископаемое перевернуло представления ученых об эволюции челюстей у живых существ Фантастическое ископаемое перевернуло представления ученых об эволюции челюстей у живых существ

Наши первые предки челюстных животных появились примерно 15 миллионов лет назад

ТехИнсайдер
Вот как понять, что у вашей собаки тревога от разлуки Вот как понять, что у вашей собаки тревога от разлуки

Ваша собака испытывает стресс всякий раз, когда вы выходите из дома?

ТехИнсайдер
«Ты станешь легендой»: лучшие фильмы Жана-Люка Годара и его вклад в мировое кино «Ты станешь легендой»: лучшие фильмы Жана-Люка Годара и его вклад в мировое кино

Какой след оставил Жан-Люк Годар в истории кино?

Forbes
Восточную Африку назвали прародиной домашних ослов Восточную Африку назвали прародиной домашних ослов

Генетики считают, что доместикация ослов произошла около 7000 лет назад

N+1
Гид по ментальной гигиене. Как понять, что пора к психологу (или психотерапевту?) и выбрать направление терапии, которое подходит именно вам Гид по ментальной гигиене. Как понять, что пора к психологу (или психотерапевту?) и выбрать направление терапии, которое подходит именно вам

Зачем «здоровому» человеку нужна терапия?

Inc.
Неумелые и растерянные: как реклама создает стереотипы о женщинах Неумелые и растерянные: как реклама создает стереотипы о женщинах

Сексизм в рекламе выражается не только в сексуальной объективации женщин

Forbes
Открыть в приложении