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

«Шерсть дыбом: Медведи-взломщики, макаки-мародеры и другие преступники дикой природы» «Шерсть дыбом: Медведи-взломщики, макаки-мародеры и другие преступники дикой природы»

Зачем орнитологи взрывали птиц динамитом

N+1
Что происходит с организмом человека после остановки сердца Что происходит с организмом человека после остановки сердца

После смерти тело какое-то время продолжает жить

ТехИнсайдер
Самые безопасные: 10 авиакомпаний мира, у которых не было авиакатастроф за всю историю их существования Самые безопасные: 10 авиакомпаний мира, у которых не было авиакатастроф за всю историю их существования

Какие авиакомпании безопаснее других за всю историю гражданской авиации

ТехИнсайдер
Самый странный маньяк: как Дэвид Стюарт по телефону заставлял других людей насиловать женщин Самый странный маньяк: как Дэвид Стюарт по телефону заставлял других людей насиловать женщин

Эти странные звонки длились на протяжении 12 лет

VOICE
Святая вода из Эфиопии вызвала семь случаев устойчивой холеры в Европе Святая вода из Эфиопии вызвала семь случаев устойчивой холеры в Европе

Вспышка холеры в Европе: во всем виновата святая вода из Эфиопии

N+1
Как добывают уран: самый рискованный бизнес Как добывают уран: самый рискованный бизнес

Какой уран добывают их рабочие, и как можно его использовать?

ТехИнсайдер
Что молодежь не знает о старом интернете Что молодежь не знает о старом интернете

Что молодые не знают, а бывалые не помнят об интернете

Maxim
Правда ли, что инки могли размягчать камни? Тайна Мачу Пикчу разгадана Правда ли, что инки могли размягчать камни? Тайна Мачу Пикчу разгадана

Геологи нашли ответ на одну из древнейших архитектурных загадок

Maxim
Ученые подтвердили, что эмбрионы от Ученые подтвердили, что эмбрионы от

Могут ли эмбрионы развиваться с донорскими митохондриальными ДНК?

ТехИнсайдер
Первые в мире сиамские близнецы, у которых на двоих был 21 ребенок: как они жили и работали Первые в мире сиамские близнецы, у которых на двоих был 21 ребенок: как они жили и работали

Именно после их истории появилось выражение «сиамские близнецы»

ТехИнсайдер
«Купчихи, дворянки, магнатки» «Купчихи, дворянки, магнатки»

Женщины-предпринимательницы XIX века: хозяйка заводов и приисков. Фрагмент книги

N+1
Почему появляются белые пятна на ногтях и что с этим делать Почему появляются белые пятна на ногтях и что с этим делать

Почему возникают белые пятна на ногтях?

РБК
Сергей Аветисов: «…продвижение какого-то одного метода коррекции близорукости заставляет людей думать, что он единственный и самый лучший, на самом деле это не так» Сергей Аветисов: «…продвижение какого-то одного метода коррекции близорукости заставляет людей думать, что он единственный и самый лучший, на самом деле это не так»

Сегодня благодаря новым технологиям многие мечтают отказаться от очков

Здоровье
Азбука здоровья Азбука здоровья

На вопросы о винирах отвечает стоматолог-ортопед

VOICE
Эффект наблюдателя Эффект наблюдателя

Актер Владимир Яглычев — о ценности времени и свободе нового поколения

OK!
Сонная прокрастинация: почему мы никак не идем спать? Сонная прокрастинация: почему мы никак не идем спать?

Почему время, отведенное на сон, мы тратим на листание ленты или сериалы?

Psychologies
Хороший, но ненужный: как понять, что рядом с тобой не тот мужчина (даже если он прекрасен) Хороший, но ненужный: как понять, что рядом с тобой не тот мужчина (даже если он прекрасен)

Действительно ли рядом с тобой "тот самый"? Как это проверить?

VOICE
Под давлением. Чего не выдержало открытие комнатной сверхпроводимости Под давлением. Чего не выдержало открытие комнатной сверхпроводимости

Как изменились поиски комнатных сверхпроводников в последние годы

N+1
Жители Владимира XIII века оказались непохожи на своих соседей Жители Владимира XIII века оказались непохожи на своих соседей

Антропологи исследовали останки, обнаруженные в санитарном погребении

N+1
Бей и беги Бей и беги

Играть в бейсбол может любой. Как минимум, там, где нужно подавать и выбивать

Вокруг света
Как узнать, как ты записан в телефоне у других людей: простые способы Как узнать, как ты записан в телефоне у других людей: простые способы

Как определить, под каким именем значится конкретный номер в чужом смартфоне

CHIP
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
Землетрясения на Новой Земле: ученые поделились подробностями экспедиции Землетрясения на Новой Земле: ученые поделились подробностями экспедиции

Как прошла экспедиция на архипелаг Новая Земля

ТехИнсайдер
На изящном: солнечный сюрреализм Рене Магритта, или как художник искал радость в окружающем пессимизме На изящном: солнечный сюрреализм Рене Магритта, или как художник искал радость в окружающем пессимизме

Разбираем творчество художника Рене Магритта в период второй мировой войны

Правила жизни
Семь лайфхаков для бодрого утра Семь лайфхаков для бодрого утра

Даже если вы не жаворонок, можно вставать по утрам легко и с удовольствием

Здоровье
Свайп среди чужих: как Tinder изменил нашу жизнь за 10 лет (и изменил ли) Свайп среди чужих: как Tinder изменил нашу жизнь за 10 лет (и изменил ли)

Tinder упростил нашу межличностную коммуникацию — или нет?

Правила жизни
Детка, ты просто космос Детка, ты просто космос

Солистка Artik & Asti Севиль – о том, как стала уверенной в себе

VOICE
Почему сегодня так трудно быть родителем: отношение общества к семье Почему сегодня так трудно быть родителем: отношение общества к семье

Отрывок из книги «Между заботой и тревогой» — как общество влияет на родителей

Psychologies
Любятинка и Рома Штайн Любятинка и Рома Штайн

Любятинка и Рома Штайн рассказали о том почему они до сих пор не женаты

ЖАРА Magazine
Что делать, если компьютер не включается? Пошаговая инструкция по диагностике Что делать, если компьютер не включается? Пошаговая инструкция по диагностике

Сбои при включении компьютера могут происходить на разных стадиях

CHIP
Открыть в приложении