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

Обычный лед оказался флексоэлектрическим Обычный лед оказался флексоэлектрическим

Лед проявил сегнетоэлектрические свойства

N+1
«Мой ребенок сделал партак»: как говорить с детьми о тату — сделанных и еще нет «Мой ребенок сделал партак»: как говорить с детьми о тату — сделанных и еще нет

Как быть, если ребенок задумался о татуировке или уже сделал?

VOICE
Как роботы захватывали ПМЭФ: от диковинки до обыденности Как роботы захватывали ПМЭФ: от диковинки до обыденности

Как на примере роботов ПМЭФ можно проследить путь прорывной технологии

Inc.
Древняя история шоколада: как появилась самая популярная сладость в мире Древняя история шоколада: как появилась самая популярная сладость в мире

Где родина шоколада и как вышло, что он так удачно влился в мировую культуру?

ТехИнсайдер
Эмоциональный интеллект Эмоциональный интеллект

Новое представление о том, что значит быть «умным»

kiozk originals
Рубин Черного Принца: проклятый камень британской короны, который достанется Карлу III Рубин Черного Принца: проклятый камень британской короны, который достанется Карлу III

Один из старейших камней, украшающий корону, по слухам — проклят

VOICE
Как стать астрофотографом и делать красивые снимки космоса: простая инструкция Как стать астрофотографом и делать красивые снимки космоса: простая инструкция

Астрофотография требует большой практики и большого терпения

ТехИнсайдер
Кто такой Хаби Лейм и почему его называют королем Тиктока? Кто такой Хаби Лейм и почему его называют королем Тиктока?

«Разрушителю лайфхаков» Хаби Лейму удалось стать самым популярным тиктокером

ЖАРА Magazine
Лариса Голубкина: Лариса Голубкина:

Я ощущала внутреннюю окрыленность и не собиралась ее терять

Коллекция. Караван историй
Популярные продукты 90-х, которые сегодня нигде не найдешь Популярные продукты 90-х, которые сегодня нигде не найдешь

Приглашаем на ностальгическую прогулку по продуктовому магазину 90-х

Maxim
Одна вокруг света: Парагвай, древняя земля Хатун Чаку и цивилизация у каждой заправки Одна вокруг света: Парагвай, древняя земля Хатун Чаку и цивилизация у каждой заправки

Кругосветное путешествие Ирины Сидоренко: Парагвай

Forbes
5 причин, мешающих витамину D усваиваться 5 причин, мешающих витамину D усваиваться

Почему организм не всегда запасает витамин D?

Лиза
Как устранить засор в раковине своими руками: бюджетный способ прочистить трубы на кухне и в ванной Как устранить засор в раковине своими руками: бюджетный способ прочистить трубы на кухне и в ванной

Натуральные и бюджетные средства, которые помогут справиться с засором

ТехИнсайдер
Вигго Мортенсен — о «Преступлениях будущего», Кроненберге и пророческих фильмах Вигго Мортенсен — о «Преступлениях будущего», Кроненберге и пророческих фильмах

Вигго Мортенсен — о работе с телесностью и съемочном процессе

Правила жизни
10 культовых вещей из кино. Часть первая, мужская 10 культовых вещей из кино. Часть первая, мужская

Вспоминаем знаменитые куртки, пальто и костюмы мирового кинематографа

Правила жизни
Что такое пилинг Джесснера и как он поможет омолодить кожу Что такое пилинг Джесснера и как он поможет омолодить кожу

Чем пилинг Джесснера может помочь коже и почему его нельзя делать самостоятельно

РБК
Неравенство и супераппы: как устроен финтех-рынок Узбекистана и чего там не хватает Неравенство и супераппы: как устроен финтех-рынок Узбекистана и чего там не хватает

Какие ниши в Узбекистане свободны и за какими финтех-сервисами будущее?

Forbes
5 российских и советских остросюжетных фильмов про танки 5 российских и советских остросюжетных фильмов про танки

Художественные фильмы про легендарные советские танки

ТехИнсайдер
Что такое “фантомное торможение”, на которое жалуются сотни водителей Tesla? Что такое “фантомное торможение”, на которое жалуются сотни водителей Tesla?

Хотите взглянуть на мир глазами шутника-автопилота?

ТехИнсайдер
Вкусная рука: 13 вопросов мастеру-плововару Вкусная рука: 13 вопросов мастеру-плововару

Знаток восточной кухни рассказывает, каким должен быть настоящий плов

Вокруг света
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
Жуки-дровосеки Жуки-дровосеки

Мы продолжаем публикации материалов первого номера «Вокруг Света» за 1861 год

Вокруг света
Живут в кипятке миллионы лет и лакомятся нефтью: что нам известно о самых живучих существах на Земле? Живут в кипятке миллионы лет и лакомятся нефтью: что нам известно о самых живучих существах на Земле?

«Микроб не гризли, ошейник не наденешь», — говорят о термофилах биологи

Вокруг света
Золотой век палеонтологии Золотой век палеонтологии

Динозавры выглядели совсем не так, как мы их себе представляли

Наука и жизнь
Фотонные кольца черной дыры сохранили информацию о ее вибрациях Фотонные кольца черной дыры сохранили информацию о ее вибрациях

Фотонные кольца черной дыры имеют одинаковую конформную симметрию

N+1
8 причин, почему вам следует использовать масло чайного дерева для дезинфекции дома 8 причин, почему вам следует использовать масло чайного дерева для дезинфекции дома

Вы удивитесь, когда узнаете, на что способно это средство!

ТехИнсайдер
Между мирами Между мирами

О том, что дает «работа горя», делится доула Саша Леа Адина Уикенден

Seasons of life
Такие наши годы: что мы пережили в Такие наши годы: что мы пережили в

Писательница Ляля Брынза рассказывает о 90-х годах 20 века

VOICE
Пластические операции, которые старят Пластические операции, которые старят

Какие пластические операции могут прибавить несколько лет?

Лиза
«Тихое увольнение»: как начальники непроизвольно заставляют сотрудников уйти «по собственному» «Тихое увольнение»: как начальники непроизвольно заставляют сотрудников уйти «по собственному»

Как руководители негласно указывают сотрудникам на дверь?

VC.RU
Открыть в приложении