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

Colossal возродит новозеландских моа Colossal возродит новозеландских моа

Colossal Biosciences заявила о планах возродить новозеландских моа

N+1
У вас очень непослушные волосы? Во всем может быть виновата редкая генетическая болезнь У вас очень непослушные волосы? Во всем может быть виновата редкая генетическая болезнь

Ученые нашли гены, ответственные за «синдром непослушных волос»

ТехИнсайдер
Виноват не хакер: 4 мифа о кибербезопасности, которые ставят бизнес под удар Виноват не хакер: 4 мифа о кибербезопасности, которые ставят бизнес под удар

Проблема кибербезопасности может крыться не в хакерах, а в сотрудниках

Inc.
«Первобытный страх»: почему нужно говорить о смерти «Первобытный страх»: почему нужно говорить о смерти

Можно ли перестать бояться смерти?

Psychologies
Почему свистит ремень генератора и как его проверить Почему свистит ремень генератора и как его проверить

Свистит ремень генератора: что делать и как проверить

РБК
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
В ее смену: как изменился мир при жизни Елизаветы II В ее смену: как изменился мир при жизни Елизаветы II

В день смерти королевы многие написали: «Ушла эпоха»

СНОБ
Как правильно разрешать конфликты в зависимости от психотипа собеседника Как правильно разрешать конфликты в зависимости от психотипа собеседника

Какие бывают психотипы личности? И как с каждым из них нужно решать конфликты?

Psychologies
Помощники и угроза: что могут тараканы-киборги Помощники и угроза: что могут тараканы-киборги

Эпоха насекомых-киборгов наступает прямо на наших глазах

Forbes
Вот как определить уровень автономности автомобиля: простой способ Вот как определить уровень автономности автомобиля: простой способ

На шкале автономного вождения, состоящей из шести уровней, ваша ласточка есть

ТехИнсайдер
Есть только МиГ Есть только МиГ

Все три года войны центральное место занимало противостояние ВВС СССР и США

Дилетант
Коллективный опыт: как NFT стал краудфандинговой платформой для цифровых художников Коллективный опыт: как NFT стал краудфандинговой платформой для цифровых художников

Какую роль блокчейн сыграл в развитии цифрового искусства?

Forbes
Чего тянуть? Чего тянуть?

Наша колумнистка Росина Сефиен о том, как перестать тащить за собой прошлое

VOICE
Как расширить тесный коридор без ремонта. 6 лайфхаков от дизайнера Как расширить тесный коридор без ремонта. 6 лайфхаков от дизайнера

Тесная и неудобная прихожая – одна из самых насущных проблем. Как это исправить?

Лиза
Как эффективно работать на удаленке и не выгорать: способы организации работы дома Как эффективно работать на удаленке и не выгорать: способы организации работы дома

Как организовать свою работу дома, чтобы не выгореть и ни на что не отвлекаться

ТехИнсайдер
Иррациональный человек: краткое пособие по общению со сложными людьми Иррациональный человек: краткое пособие по общению со сложными людьми

Наверняка вы попадали в такую ситуацию, когда собеседник будто вас не слышит

Psychologies
Орнитологи описали новый вид птиц с субантарктических островов Орнитологи описали новый вид птиц с субантарктических островов

Ученые открыли новый вид птиц — субантарктическую райадито

N+1
Нулевая аварийность: какому виду транспорта не грозят катастрофы Нулевая аварийность: какому виду транспорта не грозят катастрофы

Похоже, мир заждался чего-то нового среди транспорта

ТехИнсайдер
Акунин, Перкинс, Эппле: 5 книг для дискуссий Акунин, Перкинс, Эппле: 5 книг для дискуссий

Пять произведений, которые сегодня обсуждают книголюбы

СНОБ
Что такое бессульфатные шампуни и зачем ими пользоваться Что такое бессульфатные шампуни и зачем ими пользоваться

Так ли опасны сульфаты в шампунях и чем их можно заменить

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

Почему многие выходят из школы травмированными?

Psychologies
Забота не равно любовь: почему некоторые матери равнодушны к своим детям Забота не равно любовь: почему некоторые матери равнодушны к своим детям

Почему порой матери не способны на душевную поддержку своих детей?

Psychologies
Черным по белому: как распознать депрессию по сообщениям в чате Черным по белому: как распознать депрессию по сообщениям в чате

Маркеры, позволяющие заметить упаднические настроения собеседника по переписке

Psychologies
Переучет Переучет

Чем теперь является бывший «кроссовер за миллион»

Автопилот
Почему алкоголь сильнее влияет на женщин, чем на мужчин Почему алкоголь сильнее влияет на женщин, чем на мужчин

Почему влияние алкоголя на людей так отличается?

ТехИнсайдер
Кто помнит значение герба СССР? А там не все так просто Кто помнит значение герба СССР? А там не все так просто

Как сформировалась эмблема СССР?

ТехИнсайдер
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
Как узнать характер мужчины по его внешности? Как узнать характер мужчины по его внешности?

Что внешность может сказать о мужчине?

VOICE
Профессор психологии назвала 7 признаков нарциссического родителя: «Это токсичный способ воспитания детей» Профессор психологии назвала 7 признаков нарциссического родителя: «Это токсичный способ воспитания детей»

Родительство требует эмпатии и сострадания

Inc.
Темное начало Темное начало

Для Серебрякова важно рассказать историю тем языком, который для нее нужен

Правила жизни
Открыть в приложении