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

Зоологи подтвердили крайнюю редкость рака у черепах Зоологи подтвердили крайнюю редкость рака у черепах

Почему злокачественные опухоли редко встречаются у черепах

N+1
Упражнения на ноги для ленивых: подборка от олимпийского чемпиона Никиты Кацалапова Упражнения на ноги для ленивых: подборка от олимпийского чемпиона Никиты Кацалапова

Можно ли поддерживать мышцы в тонусе, не отходя далеко от дивана?

Maxim
VisionLabs внедрила систему распознавания дипфейков в банках четырех стран VisionLabs внедрила систему распознавания дипфейков в банках четырех стран

VisionLabs внедрил систему обнаружения дипфейков в банки России

Forbes
Сострадать самому себе: как и зачем этому учиться Сострадать самому себе: как и зачем этому учиться

Как с помощью самосострадания можно не только утешить, но и мотивировать себя

Psychologies
Ученые объяснили, как езда на велосипеде способствует снижению риска развития деменции Ученые объяснили, как езда на велосипеде способствует снижению риска развития деменции

Езда на велосипеде полезнее, чем вы думали

ТехИнсайдер
Как пили в СССР: алкогольные традиции Страны Советов Как пили в СССР: алкогольные традиции Страны Советов

Традиции, которые наработались в сфере пьянства в СССР

Maxim
Как выглядели породистые собаки столетия назад, и почему они так изменились Как выглядели породистые собаки столетия назад, и почему они так изменились

А вы знали, как ваш питомец выглядел 100 лет назад?

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
Как «Сбер» набирает топ-менеджеров с помощью игр Как «Сбер» набирает топ-менеджеров с помощью игр

Какой подход для подборки кандидатов придумал «Сбер»

Forbes
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
Видимые ошибки: 29 неточностей панорамы «Бородинская битва» Франца Рубо Видимые ошибки: 29 неточностей панорамы «Бородинская битва» Франца Рубо

Панораме уже больше века, а промахи на ней до сих пор не исправлены

Вокруг света
Самые живучие мифы повседневной жизни, в которые все верят несмотря ни на что Самые живучие мифы повседневной жизни, в которые все верят несмотря ни на что

После бритья волосы будут гуще и длиннее, а читать в темноте вредно?

Maxim
Американцы воспроизвели микробиом кишечника человека Американцы воспроизвели микробиом кишечника человека

Ученые собрали вместе 119 видов микроорганизмов, обитающих в кишечнике человека

N+1
Держали на цепи и били плетьми: как кошмарно жил и умер гениальный изобретатель Держали на цепи и били плетьми: как кошмарно жил и умер гениальный изобретатель

За глаза его называли "золотым мальчиком"

VOICE
Археологи обнаружили на Тамани бронзовую статуэтку Юпитера Археологи обнаружили на Тамани бронзовую статуэтку Юпитера

Археологи исследовали древнее городище Красный Октябрь-1

N+1
Baltic 146 Path Baltic 146 Path

Особенности парусника Baltic 146 Path и этапы его создания

Y Magazine
Рак молодеет: во всем мире резко растет число тех, кто заболевает онкологией в возрасте до 50 лет. Как уберечь себя? Рак молодеет: во всем мире резко растет число тех, кто заболевает онкологией в возрасте до 50 лет. Как уберечь себя?

Рак давно стал частью человеческой истории, но даже он меняется

ТехИнсайдер
«Американская двухпартийность. От Джорджа Вашингтона до Джо Байдена». Как менялись партийные системы США «Американская двухпартийность. От Джорджа Вашингтона до Джо Байдена». Как менялись партийные системы США

Противостояние Демократической и Республиканской партий США

N+1
10 неожиданных, но работающих способов согреться 10 неожиданных, но работающих способов согреться

На улице уже похолодало, а отопление еще не дали?

Maxim
4 трагических случая, когда выживальщики готовились к концу света, но что-то пошло не так 4 трагических случая, когда выживальщики готовились к концу света, но что-то пошло не так

Когда стремление выжить приносило только смерть

Maxim
Как мотивировать ребенка заниматься математикой. Исследование психологов Как мотивировать ребенка заниматься математикой. Исследование психологов

Какая мотивация помогает ребенку преуспеть в математике

ТехИнсайдер
Универсальный массажер: кто и когда придумал первые вибраторы? Универсальный массажер: кто и когда придумал первые вибраторы?

Как викторианские доктора додумались до идеи "генитального вибромассажера"

ТехИнсайдер
С чем носить кожаные брюки в этом сезоне: 8 лучших стритстайл-образов с Недель моды С чем носить кожаные брюки в этом сезоне: 8 лучших стритстайл-образов с Недель моды

Ну что, рок-звезда, ты готова к новому сезону?

VOICE
Мужчина мечты Мужчина мечты

Эльдар Хакимов – о лучших сетах, фешен-экспериментах и серьезных отношениях

VOICE
Бананово-лимонный бизнес-тур: как устроена работа торгового представительства РФ в Сингапуре Бананово-лимонный бизнес-тур: как устроена работа торгового представительства РФ в Сингапуре

Как выйти на рынок Сингапура и найти там партнера

Inc.
ООО «Вечность» ООО «Вечность»

Манойло училась в Литературном институте имени Горького у Павла Басинского

Правила жизни
Трупиалы-подкидыши заморили голодом «лишних» сводных братьев и сестер Трупиалы-подкидыши заморили голодом «лишних» сводных братьев и сестер

Птенцы трупиалов лучше всего развиваются в гнездах с двумя сводными братьями

N+1
Вопрос психологу: как сейчас успокоиться и найти точки опоры? Вопрос психологу: как сейчас успокоиться и найти точки опоры?

Как помочь себе и выйти из тревожно-панического состояния

Правила жизни
«Вы найдете способ жить дальше»: Нэнси Мак-Вильямс о поисках опоры в трудные времена «Вы найдете способ жить дальше»: Нэнси Мак-Вильямс о поисках опоры в трудные времена

Как работают психологические защиты в кризисных ситуациях

Forbes
Елизавета Моряк: Елизавета Моряк:

Умирать в кадре — это элемент творчества

Коллекция. Караван историй
Открыть в приложении