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

Масштабы загрязнения вод суши полифторалкильными соединениями назвали недооцененными Масштабы загрязнения вод суши полифторалкильными соединениями назвали недооцененными

Предельная допустимая концентрация загрязнения превышена в половине проб воды

N+1
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
Плавучий Диснейленд: как выглядят самые необычные круизные корабли в мире Плавучий Диснейленд: как выглядят самые необычные круизные корабли в мире

Как зарождалась популярность круизов и какие лайнеры проектируют сегодня

Forbes
Существует ли синдром самозванца или это просто выдумки психологов? Существует ли синдром самозванца или это просто выдумки психологов?

Синдром самозванца не считается расстройством психического здоровья

ТехИнсайдер
Правила жизни Александра Ширвиндта Правила жизни Александра Ширвиндта

Правила жизни народного артиста России Александра Ширвиндта

Правила жизни
Записки отельера: история о любви во всех проявлениях и выборе между долгом и собой Записки отельера: история о любви во всех проявлениях и выборе между долгом и собой

Это история без морали, но жизни, какая она есть

Правила жизни
Что говорит создатель советского «Птичьего молока» о современных тортах: ты удивишься, когда узнаешь! Что говорит создатель советского «Птичьего молока» о современных тортах: ты удивишься, когда узнаешь!

Откуда и как в СССР появился торт «Птичье молоко»

VOICE
Патологические лжецы: что заставляет их врать? Патологические лжецы: что заставляет их врать?

Почему они все время обманывают и как с этим бороться?

Psychologies
Вы и не подумали бы использовать это средство для очистки лейки для душа. А ведь оно действительно работает! Вы и не подумали бы использовать это средство для очистки лейки для душа. А ведь оно действительно работает!

Как правильно почистить лейку от душа с помощью подручных средств

ТехИнсайдер
9 нестандартных способов использовать уксус дома и на даче 9 нестандартных способов использовать уксус дома и на даче

Столовый уксус может пригодиться не только в кулинарии, но и в быту

Лиза
Топ-10 романтических фильмов о путешествии во времени — любовь творит чудеса! Топ-10 романтических фильмов о путешествии во времени — любовь творит чудеса!

Фильмы о том, что настоящей любви ничто не помеха — даже время!

VOICE
Эта часть СССР была оккупирована нацистами после захвата Берлина. Как такое возможно? Эта часть СССР была оккупирована нацистами после захвата Берлина. Как такое возможно?

Было место, откуда нацисты после разгрома ушли гораздо позже

ТехИнсайдер
Инцест, сепарация, инициация: о чем на самом деле рассказывают сказки? Инцест, сепарация, инициация: о чем на самом деле рассказывают сказки?

Почему сказки так популярны во все времена?

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
В барабанном бое и гудении шимпанзе нашли индивидуальные различия В барабанном бое и гудении шимпанзе нашли индивидуальные различия

Отличное звучание самцы шимпанзе использовали для передачи сообщений

N+1
«Филиал ада»: как справиться с буллингом в школе и на работе «Филиал ада»: как справиться с буллингом в школе и на работе

Почему одни становятся буллерами, а другие — их жертвами?

Psychologies
В черной-черной Русалочке: почему мы так реагируем на смену расы персонажа В черной-черной Русалочке: почему мы так реагируем на смену расы персонажа

Откуда столько ненависти к черной Русалочке?

VOICE
Маленькость самцов колибри-пчелок объяснили половым отбором Маленькость самцов колибри-пчелок объяснили половым отбором

Самцы этих колибри стали мельче самок, чтобы лучше исполнять брачные танцы

N+1
7 главных скандалов с королевой Елизаветой II 7 главных скандалов с королевой Елизаветой II

Все связанные с королевой Елизаветой II скандалы относятся к нарушению этикета

Maxim
Теперь ваша кухня всегда будет чистой! Действенные способы избавиться от липкого налета и жира Теперь ваша кухня всегда будет чистой! Действенные способы избавиться от липкого налета и жира

Как без труда удалить грязь и сохранить вашу кухню в чистоте!

ТехИнсайдер
Квантовые батареи могут перезаряжаться мгновенно: но возможны ли они на практике? Квантовые батареи могут перезаряжаться мгновенно: но возможны ли они на практике?

Эти батареи теоретически могут перезаряжаться в практически мгновенно

ТехИнсайдер
Эйнштейн — швейцарский гражданин Эйнштейн — швейцарский гражданин

Как великий физик Альберт Эйнштейн жил в Швейцарии

Наука и жизнь
Где корочка? Где корочка?

7 ошибок в приготовлении, которые портят жареную картошку

Лиза
Как простолюдинка 20 лет правила Францией: удивительная история маркизы де Помпадур Как простолюдинка 20 лет правила Францией: удивительная история маркизы де Помпадур

Феномен маркизы де Помпадур

VOICE
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
Эпоха рыцарей: 5 романов, действие которых разворачивается во времена средневековья Эпоха рыцарей: 5 романов, действие которых разворачивается во времена средневековья

Когда хочется сбежать от реальности и погрузиться в мир великих сражений

ТехИнсайдер
15-сантиметровый клитор, родство с кошками, самые мощные в мире челюсти и другие неожиданные факты о гиенах 15-сантиметровый клитор, родство с кошками, самые мощные в мире челюсти и другие неожиданные факты о гиенах

Гиены - весьма интересные млекопитающие

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
Быстрее не бывает Быстрее не бывает

Когда-то ученые ожесточенно спорили, может ли скорость света быть конечной

Вокруг света
Чтобы крепко спалось: как правильно подобрать матрас Чтобы крепко спалось: как правильно подобрать матрас

На что необходимо обратить внимание в первую очередь во время покупки матраса

ТехИнсайдер
Открыть в приложении