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

ГМ-бактерия разрушила избыточные оксалаты в кишечнике крыс и людей ГМ-бактерия разрушила избыточные оксалаты в кишечнике крыс и людей

Как ученые создали бактерию для борьбы с кишечной гипероксалурией

N+1
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
Эта компания построит грандиозное сооружение прямо на орбите — до сих пор никто такого не делал даже близко Эта компания построит грандиозное сооружение прямо на орбите — до сих пор никто такого не делал даже близко

Space Solar построит орбитальную электростанцию с использованием роботов

Inc.
Я играю рок-н-ролл, рок-н-ролл играет мной Я играю рок-н-ролл, рок-н-ролл играет мной

Первые 20 лет я играла в рок-н-ролл. Следующие 10 лет рок-н-ролл играл мной

Правила жизни
«Тратить — очень круто»: как зумеры ведут себя с деньгами «Тратить — очень круто»: как зумеры ведут себя с деньгами

Как молодые взрослые ищут баланс между тратами и накоплениями

РБК
Мечты о Китае Мечты о Китае

Загородный дом с китайскими мотивами

SALON-Interior
Как правильно сушить грибы дома Как правильно сушить грибы дома

Как засушить грибы и какие блюда можно с ними приготовить

Лиза
Как правильно разрешать конфликты в зависимости от психотипа собеседника Как правильно разрешать конфликты в зависимости от психотипа собеседника

Какие бывают психотипы личности? И как с каждым из них нужно решать конфликты?

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

Знаток восточной кухни рассказывает, каким должен быть настоящий плов

Вокруг света
Чемоданчик «для галочки»: что и как не работает в нашей автомобильной аптечке Чемоданчик «для галочки»: что и как не работает в нашей автомобильной аптечке

Почему стоит позаботиться о содержимом автомобильной аптечки?

Вокруг света
«Ты станешь легендой»: лучшие фильмы Жана-Люка Годара и его вклад в мировое кино «Ты станешь легендой»: лучшие фильмы Жана-Люка Годара и его вклад в мировое кино

Какой след оставил Жан-Люк Годар в истории кино?

Forbes
Идти в глубину Идти в глубину

Таня водит в походы, учит плаванию и своим примером говорит: Да, так тоже можно

Seasons of life
Как правильно собрать чемодан в путешествие? Лайфхаки для всех Как правильно собрать чемодан в путешествие? Лайфхаки для всех

Как уместить все нужные вещи в один чемодан?

ТехИнсайдер
«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
Что мы имеем в виду, когда говорим «sexy» Что мы имеем в виду, когда говорим «sexy»

Телесность и сексуальность в пространстве моды

Weekend
Травы для женщин Травы для женщин

В арсенале фитотерапии есть немало лекарственных растений, которые тебе помогут

Лиза
Семь загадок питьевого спирта Семь загадок питьевого спирта

Пьют ли где-нибудь, кроме России, этиловый спирт?

Maxim
Как искать работу, если вам больше 45 лет Как искать работу, если вам больше 45 лет

Почему людей старше 45 неохотно приглашают на собеседования

Psychologies
Режиссеры, сильно ругавшие свои фильмы Режиссеры, сильно ругавшие свои фильмы

Вообще-то свои фильмы принято хвалить, но не все придерживаются этого правила

Maxim
Как не сломаться в самый тяжелый период своей жизни: опыт матери, потерявшей ребенка Как не сломаться в самый тяжелый период своей жизни: опыт матери, потерявшей ребенка

Можно ли найти опору в оказании помощи окружающим? История нашей героини

Psychologies
Ротвейлер в юбке: что мы знаем о Камилле Паркер-Боулз Ротвейлер в юбке: что мы знаем о Камилле Паркер-Боулз

Камилла Розмари Шанд родилась в 1947 году в семье дворянского рода джентри

Правила жизни
Лучшие научно-популярные книги о человеке Лучшие научно-популярные книги о человеке

Пожалуй, ни одно существо на свете наука не изучала так подробно, как человека

ТехИнсайдер
Движение Солнечной системы сквозь рукава Млечного пути ускоряет процесс образования земной коры Движение Солнечной системы сквозь рукава Млечного пути ускоряет процесс образования земной коры

Скорость образования континентальной коры Земли циклична

ТехИнсайдер
Фитнес дома – эффективные упражнения для похудения: тренировка за 20 минут Фитнес дома – эффективные упражнения для похудения: тренировка за 20 минут

Как начать заниматься спортом дома?

VOICE
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
Наивные или гениальные? Наивные или гениальные?

Что такое синдром Аспергера и в чем его особенности

Лиза
4 самых распространенных мифа о правильном питании 4 самых распространенных мифа о правильном питании

Нутрициолог разобрала несколько самых популярных мифов о здоровом питании

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

Как прошла экспедиция на архипелаг Новая Земля

ТехИнсайдер
Две южноамериканские мумии оказались жертвами убийств Две южноамериканские мумии оказались жертвами убийств

Ученые исследовали останки, хранящиеся в европейских музеях

N+1
Как иностранцы называют Москву? Вы удивитесь! Как иностранцы называют Москву? Вы удивитесь!

Многовековая Москва обрела немало прозвищ за свою историю

ТехИнсайдер
Открыть в приложении