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

«Турецкие войны России: Царская армия и балканские народы в XIX столетии» «Турецкие войны России: Царская армия и балканские народы в XIX столетии»

Каким было отношение населения Румелии к российской армии

N+1
Андрей Миронов: неизвестная переписка Андрей Миронов: неизвестная переписка

Об Андрее Миронове с годами становится писать все труднее

Караван историй
Почему на самом деле у металлических крышек для бутылок ровно 21 зубец и зачем они вообще нужны Почему на самом деле у металлических крышек для бутылок ровно 21 зубец и зачем они вообще нужны

Почему у металлических крышек для стеклянных бутылок ровно 21 зубчик?

ТехИнсайдер
Да тебе слабо! Как определить провокатора и защититься от него Да тебе слабо! Как определить провокатора и защититься от него

Никто не хочет, чтобы им манипулировали. Но как этому противостоять?

Лиза
Это не то,что вы подумали: страпонтен, клитория, епитрахиль — слова, за которые вам не должно быть стыдно Это не то,что вы подумали: страпонтен, клитория, епитрахиль — слова, за которые вам не должно быть стыдно

О словах, за которые вам не должно быть стыдно, пусть и звучат они забавно

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
Сидр его мечты: история IT-специалиста Максима Брехта, который бросил работу и потратил 10 миллионов рублей на то, чтобы заняться сидроделием Сидр его мечты: история IT-специалиста Максима Брехта, который бросил работу и потратил 10 миллионов рублей на то, чтобы заняться сидроделием

Как из подмосковных яблок создать сидр, который оценят сомелье

СНОБ
Сектор газа Сектор газа

6 правил, которые нельзя нарушать при обустройстве кухни

Лиза
Секс как форма внутренней дисциплины Секс как форма внутренней дисциплины

Зачем нужны два пола?

СНОБ
Ученые впервые вырастили синтетический микробиом человека Ученые впервые вырастили синтетический микробиом человека

Можно ли воссоздать микробиом человека с нуля?

ТехИнсайдер
Кто заходил на мою страницу ВКонтакте: можно ли это узнать? Кто заходил на мою страницу ВКонтакте: можно ли это узнать?

Возможно ли узнать, кто заходил на вашу страницу ВКонтакте?

CHIP
Проводники электричества Проводники электричества

Что нам рассказали продавцы китайских машин на батарейках

Автопилот
Это делают даже те, кто не занимается сексом Это делают даже те, кто не занимается сексом

Грибы и бактерии показывают нам, как легко прожить без секса

СНОБ
Наталья Гордиенко Наталья Гордиенко

Наталья Гордиенко рассказала о первой авторской песне и конкуренции в шоубизе

ЖАРА Magazine
Madam Ladá Madam Ladá

Лада Бектемирова оставила дом, родных, собак и уехала почти в никуда — в Сенегал

Seasons of life
Как реализоваться в современном мире: интервью психоаналитика Как реализоваться в современном мире: интервью психоаналитика

Нам необходимы убеждения, верования и идеалы, чтобы придать смысл своей жизни

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

О чем нам сообщают телесные послания?

Psychologies
«Сифилизатор» из СССР: история тех самых советских автоматов с газировкой и граненым стаканом «Сифилизатор» из СССР: история тех самых советских автоматов с газировкой и граненым стаканом

Давайте поднимем стакан «Дюшеса» в память о советских автоматах с газировкой

ТехИнсайдер
Рестораны Рестораны

Выделив несколько самых ярких тенденций года, мы назвали их лидеров

Robb Report
5 российских и советских остросюжетных фильмов про танки 5 российских и советских остросюжетных фильмов про танки

Художественные фильмы про легендарные советские танки

ТехИнсайдер
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
Воля вольная Воля вольная

Читай наш подробный рассказ о «разгульной» жизни в казачьем крае!

Лиза
Как пить кофе, чтобы он не окрашивал зубы: советы врачей Как пить кофе, чтобы он не окрашивал зубы: советы врачей

Можно ли как-то предотвратить процесс окрашивания зубов?

ТехИнсайдер
«Принятие уязвимого состояния — черта сильных духом людей»: зачем проживать боль «Принятие уязвимого состояния — черта сильных духом людей»: зачем проживать боль

Только осознав и приняв боль, можно стать сильнее

Psychologies
Идти в глубину Идти в глубину

Таня водит в походы, учит плаванию и своим примером говорит: Да, так тоже можно

Seasons of life
Космический лифт и летающий поезд: пять изобретений Константина Циолковского Космический лифт и летающий поезд: пять изобретений Константина Циолковского

Его исследования заложили основу для освоения космоса и изобретения самолетов

Forbes
Полный гид для начинающих грибников — как, где и что собирать Полный гид для начинающих грибников — как, где и что собирать

Инструкция для тех, кто еще не очень сведущ в тихой охоте на грибы

Правила жизни
Равная Халку: удалась ли новая попытка добавить феминизм во вселенную Marvel Равная Халку: удалась ли новая попытка добавить феминизм во вселенную Marvel

«Женщина-Халк» — отражение эпохи Time’s Up и #MeToo

Forbes
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
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.
Открыть в приложении