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

Женщина с иммуносупрессией заразилась кошачьей бактерией Женщина с иммуносупрессией заразилась кошачьей бактерией

Врачи сообщили о редком случае инфекции, вызванной бактерией Mycoplasma arginini

N+1
Андрей Миронов: неизвестная переписка Андрей Миронов: неизвестная переписка

Об Андрее Миронове с годами становится писать все труднее

Караван историй
Абонент не в сети: почему цифровой детокс и отказ от технологий не всегда помогают Абонент не в сети: почему цифровой детокс и отказ от технологий не всегда помогают

Как разумно регулировать свое поведение в соцсетях и в обращении с технологиями

Forbes
Нужно ли чистить яблоки и насколько вредна кожура? Нужно ли чистить яблоки и насколько вредна кожура?

Нужно ли очищать яблоко от кожуры или иногда лучше этого не делать

ТехИнсайдер
Краткая история мысли Краткая история мысли

Трактат по философии для подрастающего поколения

kiozk originals
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 были устроены сервисы доставки в царской России, рассказывает автор подкаста «Закат Империи» Андрей Аксенов Как были устроены сервисы доставки в царской России, рассказывает автор подкаста «Закат Империи» Андрей Аксенов

Как жители Российской империи заказывали доставку без интернета и смартфонов?

СНОБ
Эффект наблюдателя Эффект наблюдателя

Актер Владимир Яглычев — о ценности времени и свободе нового поколения

OK!
Корейские семейные саги и британские детективы: новые сериалы, которые стоит увидеть Корейские семейные саги и британские детективы: новые сериалы, которые стоит увидеть

Интриги, семейные истории, детективы — сериалы, которые вас увлекут

Forbes
Противоречивый лидер. Чем известна Лиз Трасс — новый премьер-министр Великобритании Противоречивый лидер. Чем известна Лиз Трасс — новый премьер-министр Великобритании

Как менялись политические взгляды Лиз Трасс

СНОБ
Читая «Капитал» Читая «Капитал»

Джорджа Блейка принято называть легендарным советским разведчиком

Дилетант
Дизайн Дизайн

Дизайнеры вдохновляются Италией и идеей конструктора

Robb Report
Без конца и края Без конца и края

Алиса Скальская устраивает ужины, ломащие представления о самом привычном

Seasons of life
Как устроен оргазм и в чем его истинное предназначение Как устроен оргазм и в чем его истинное предназначение

Почему во время оргазма подкашиваются ноги, что у него общего с чиханием?

ТехИнсайдер
Как похищают драгоценности: самые крутые ограбления XXI века Как похищают драгоценности: самые крутые ограбления XXI века

Если ты планируешь криминальную карьеру, запомни: не ешь на рабочем месте

Maxim
«Можно есть за двоих»: 5 главных мифов о беременности «Можно есть за двоих»: 5 главных мифов о беременности

Эксперты комментируют распространенные мифы о том, что можно и нельзя беременным

Psychologies
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
Могут себе позволить: зачем у саламандр до рождения исчезают легкие? Могут себе позволить: зачем у саламандр до рождения исчезают легкие?

Юркие ящерицы уже 25 миллионов лет прекрасно обходятся без органа дыхания

Вокруг света
Озонирование воздуха заставило кожу создать вокруг человека окислительное поле Озонирование воздуха заставило кожу создать вокруг человека окислительное поле

Выделяемые кожей человека вещества приводят к образованию вокруг него поля

N+1
ООО «Вечность» ООО «Вечность»

Манойло училась в Литературном институте имени Горького у Павла Басинского

Правила жизни
8 необычных побочных эффектов беременности 8 необычных побочных эффектов беременности

Что ждет беременную в ее новом состоянии

Лиза
Аллергия на секс: как жить с непереносимостью латекса, лубрикантов и спермы Аллергия на секс: как жить с непереносимостью латекса, лубрикантов и спермы

Как быть, если секс вызывает физическое раздражение и аллергию?

СНОБ
Две южноамериканские мумии оказались жертвами убийств Две южноамериканские мумии оказались жертвами убийств

Ученые исследовали останки, хранящиеся в европейских музеях

N+1
Паника, тревожность и стресс. Как помочь психике в сложной ситуации Паника, тревожность и стресс. Как помочь психике в сложной ситуации

Что делать с паникой, тревожностью и стрессом, как поддержать близких?

СНОБ
Несчастливы по-своему: на экраны выходит новый фильм «Брат и сестра» с Марион Котийяр Несчастливы по-своему: на экраны выходит новый фильм «Брат и сестра» с Марион Котийяр

Удалось ли Арно Деплешену снять по-настоящему глубокую историю про семейные узы

Forbes
«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 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
Была красавицей, прожила долгую счастливую жизнь: какая судьба досталась Бернис, таинственной сестре Мэрилин Монро Была красавицей, прожила долгую счастливую жизнь: какая судьба досталась Бернис, таинственной сестре Мэрилин Монро

Как выглядела тайная сестра Мэрилин Монро

VOICE
Точка подозрения Точка подозрения

Как современное искусство заставляет смотреть на сексуальное насилие

Weekend
Иррациональный человек: краткое пособие по общению со сложными людьми Иррациональный человек: краткое пособие по общению со сложными людьми

Наверняка вы попадали в такую ситуацию, когда собеседник будто вас не слышит

Psychologies
Открыть в приложении