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
«Да не старею я!»: почему нас раздражают призывы начать новую жизнь в зрелом возрасте «Да не старею я!»: почему нас раздражают призывы начать новую жизнь в зрелом возрасте

Можно ли в старости просто продолжать жить?

Psychologies
ИИ на страже безопасности: смогут ли нейросети бороться с хакерами ИИ на страже безопасности: смогут ли нейросети бороться с хакерами

Кто победит в этой схватке алгоритмов — защитники или взломщики?

ТехИнсайдер
Cекретный чат в Телеграме: зачем он нужен и как его создать Cекретный чат в Телеграме: зачем он нужен и как его создать

Секретный чат в телеграмме: что, зачем и как?

CHIP
Почему телефон долго заряжается: 8 самых популярных причин Почему телефон долго заряжается: 8 самых популярных причин

Все случаи, следствием которых может стать медленная зарядка аккумулятора

CHIP
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
Старинное приспособленье: как слиться с любимым существом Старинное приспособленье: как слиться с любимым существом

Гаметофиты и спорофиты: как клетки учатся сливаться друг с другом

СНОБ
Ушёл в историю Ушёл в историю

Почему в России никогда не будет второго Горбачёва и второй перестройки

Дилетант
Гарриет Бичер-Стоу Гарриет Бичер-Стоу

Самая известная американская писательница XIX века родилась в 1811 году

Дилетант
Встреча со скарабеями Встреча со скарабеями

Священный скарабей — вероятно, самый известный в мире жук

Наука и жизнь
«Годовщина свадьбы будет скорбным днем»: отрывок из романа о семейных узах и секретах «Годовщина свадьбы будет скорбным днем»: отрывок из романа о семейных узах и секретах

Отрывок из книги «Черный торт» — о браке по принуждению и смерти на свадьбе

Forbes
Гид по счастью: главные открытия Запада и Востока Гид по счастью: главные открытия Запада и Востока

На что направить усилия, чтобы стать счастливее?

Psychologies
Прийти в форму после отпуска Прийти в форму после отпуска

20-минутная жиросжигающая тренировка для тех, у кого нет времени на спортзал

Лиза
По пути «Из варяг» в… Испанию По пути «Из варяг» в… Испанию

Путешествие на лодке Hallberg-Rassy 48: от берегов Скандинавии в Испанию

Y Magazine
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
T-shaped специалист: кто это, почему он так востребован и как им стать T-shaped специалист: кто это, почему он так востребован и как им стать

Что такое T-shaped навыки и как их развить

Psychologies
Забытое наследие СССР: завод автобусов «Уралец» Забытое наследие СССР: завод автобусов «Уралец»

Решили вспомнить завод «Уралец», производивший одноименные автобусы

ТехИнсайдер
Чай в молоко, или молоко в чай: как любила пить чай Елизавета ll и откуда в Англии появилась традиция Чай в молоко, или молоко в чай: как любила пить чай Елизавета ll и откуда в Англии появилась традиция

Англия не была европейским первооткрывателем чая

ТехИнсайдер
Недвижимость Недвижимость

В России в сегменте элитного жилья продолжает набирать популярность Сочи

Robb Report
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
Путешествие во времени: как перестать бояться будущего и научиться жить в настоящем Путешествие во времени: как перестать бояться будущего и научиться жить в настоящем

Как планировать будущее, чтобы пожить, наконец, в настоящем

VOICE
Истории из жизни исландской деревни в романе Йона Стефанссона «Летний свет, а затем наступает ночь» Истории из жизни исландской деревни в романе Йона Стефанссона «Летний свет, а затем наступает ночь»

Отрывок из глубокого и ироничного романа Йона Кальмана Стефанссона

СНОБ
Правильная осанка Правильная осанка

Правильная осанка – это условный рефлекс, и его надо вырабатывать

Здоровье
13 практических (и не очень) вопросов о шампанском 13 практических (и не очень) вопросов о шампанском

Вопросы про шампанское, которые вы всегда боялись задать

Maxim
Археологи уточнили хронологию памятника Сунгирь Археологи уточнили хронологию памятника Сунгирь

Взрослый мужчина Сунгирь-1 умер около 33340–35140 лет назад

N+1
Исследователи MIT разработали микроробота, который может вести Исследователи MIT разработали микроробота, который может вести

Чем лучше мы сможем рассмотреть живую клетку, тем лучше мы поймем, как ей помочь

ТехИнсайдер
Половые гормоны: подробный обзор их влияния на организм, фигуру и либидо Половые гормоны: подробный обзор их влияния на организм, фигуру и либидо

Какой механизм лежит в основе полового влечения? Рассказывает врач-эндокринолог

Psychologies
Воля вольная Воля вольная

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

Лиза
Дела октябрьские Дела октябрьские

8 самых важных дел на дачном участке до наступления серьезных холодов

Лиза
Скончался от сифилиса, а голова захоронена отдельно от тела? Вся правда о смерти Александра Блока Скончался от сифилиса, а голова захоронена отдельно от тела? Вся правда о смерти Александра Блока

Чем заболел 40-летний поэт, почему так быстро умер и где захоронено его тело?

ТехИнсайдер
Открыть в приложении