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

«Ким Ир Сен: Вождь по воле случая» «Ким Ир Сен: Вождь по воле случая»

Как будущий правитель КНДР стал партизаном

N+1
Заводная коробчонка: 6 самых крошечных автомобилей в истории Заводная коробчонка: 6 самых крошечных автомобилей в истории

Компактные городские автомобили — это прекрасно

Вокруг света
Ученые превратили тараканов в киборгов, наделив их способностями для спасательных операций Ученые превратили тараканов в киборгов, наделив их способностями для спасательных операций

Тараканы-киборги — идеальные помощники для спасательных операций

Inc.
Все еще будет: пять реальных историй, которые помогут поверить в лучшее Все еще будет: пять реальных историй, которые помогут поверить в лучшее

Пять книг о сложных судьбах удивительных людей

СНОБ
Вместо похода к психологу: 4 домашних дела, которые помогут успокоить нервы Вместо похода к психологу: 4 домашних дела, которые помогут успокоить нервы

Как снизить уровень стресса и снять тревогу в домашних условиях?

ТехИнсайдер
«Я календарь переверну»: в чем феномен хита Михаила Шуфутинского про 3 сентября «Я календарь переверну»: в чем феномен хита Михаила Шуфутинского про 3 сентября

Как песня Михаила Шуфутинского стала мемом?

Psychologies
Нельзя играть, нельзя переработать: ученые рассказали об опасности старых игрушек Нельзя играть, нельзя переработать: ученые рассказали об опасности старых игрушек

Некоторые игрушки могут нарушать развитие ребенка

Вокруг света
Призрак монархии: как воспринимали Елизавету II в российском обществе Призрак монархии: как воспринимали Елизавету II в российском обществе

Королева Елизавета II была для россиян самым известным современным монархом

Forbes
Сектор газа Сектор газа

6 правил, которые нельзя нарушать при обустройстве кухни

Лиза
Испытание делом Испытание делом

Экзоскелеты появляются в новостях нечасто и кажутся вещью из будущего

ТехИнсайдер
У вас очень непослушные волосы? Во всем может быть виновата редкая генетическая болезнь У вас очень непослушные волосы? Во всем может быть виновата редкая генетическая болезнь

Ученые нашли гены, ответственные за «синдром непослушных волос»

ТехИнсайдер
Остановись! Эти 6 фраз разбивают доверие навсегда — родитель ни за что не должен говорить их ребенку Остановись! Эти 6 фраз разбивают доверие навсегда — родитель ни за что не должен говорить их ребенку

Фразы, которые не стоит произносить ребенку даже в пылу ссоры

VOICE
Звук в наушниках стал тихим? Вероятно, они нуждаются в чистке! Как правильно чистить наушники Звук в наушниках стал тихим? Вероятно, они нуждаются в чистке! Как правильно чистить наушники

Что приводит к искажению звука в наушниках и что с этим делать?

ТехИнсайдер
В ее смену: как изменился мир при жизни Елизаветы II В ее смену: как изменился мир при жизни Елизаветы II

В день смерти королевы многие написали: «Ушла эпоха»

СНОБ
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
Солевой спрей для волос: как использовать и какие укладки сделать Солевой спрей для волос: как использовать и какие укладки сделать

Производители косметики давно используют морскую соль как основу многих средств

РБК
Прием парацетамола беременными связали с нарушениями сна и внимания у детей Прием парацетамола беременными связали с нарушениями сна и внимания у детей

Прием парацетамола во время беременности связан с риском нарушений сна у ребенка

N+1
«Самое главное — это еда»: во сколько обходится содержание и образование детей «Самое главное — это еда»: во сколько обходится содержание и образование детей

Как меняется семейная система и экономика с появлением детей

Forbes
Ярко-красная Бетельгейзе была желтой звездой еще 2000 лет назад Ярко-красная Бетельгейзе была желтой звездой еще 2000 лет назад

Как менялся цвет одной из самых ярких и самых знаменитых звезд на небе

ТехИнсайдер
Рубенс на природе: разбираемся, что скрывается за пейзажами одного из основоположников барокко Рубенс на природе: разбираемся, что скрывается за пейзажами одного из основоположников барокко

Речь пойдет о Питере Пауле Рубенсе, дуализме, стоицизме и прочих воззрениях

Правила жизни
В барабанном бое и гудении шимпанзе нашли индивидуальные различия В барабанном бое и гудении шимпанзе нашли индивидуальные различия

Отличное звучание самцы шимпанзе использовали для передачи сообщений

N+1
Контракты и трансферы в футболе = рабство? Игроки теряют свободу за большие деньги Контракты и трансферы в футболе = рабство? Игроки теряют свободу за большие деньги

Современные контракты игроков — юридические наручники

Maxim
Лето, прощай! Лето, прощай!

Как не столкнуться с таким понятием, как «постотпускной блюз»?

Лиза
Туннельный эффект помог провести радикальные химические реакции Туннельный эффект помог провести радикальные химические реакции

Химики проводят радикальные реакции без использования токсичных реагентов

N+1
Охотник на студенток: история маньяка Бориса Гусакова, делавшего скульптуры из тел Охотник на студенток: история маньяка Бориса Гусакова, делавшего скульптуры из тел

До сих пор никто точно не знает, сколько жизней на совести этого преступника

VOICE
Не сотвори себе кумира: как современные байопики меняют отношение к музыкантам Не сотвори себе кумира: как современные байопики меняют отношение к музыкантам

Фильм, который рассказывает о событиях в жизни Элвиса Пресли

Forbes
Компьютер включается и сразу выключается: что делать? Компьютер включается и сразу выключается: что делать?

Ситуация, когда компьютер включается и сразу выключается, может напугать любого

CHIP
Пластические операции, которые старят Пластические операции, которые старят

Какие пластические операции могут прибавить несколько лет?

Лиза
Еда, которая не убивает планету Еда, которая не убивает планету

Прокормить постоянно растущее человечество помогут микроорганизмы

ТехИнсайдер
Свобода, равенство, параллельный импорт: куда движется рынок e-сommerce в России Свобода, равенство, параллельный импорт: куда движется рынок e-сommerce в России

Независимые игроки в e-commerce останутся — они будут осваивать более узкие ниши

Forbes
Открыть в приложении