Учёные «раздробили» электрон на три квазичастицы, что поможет создать точный квантовый компьютер

В журналах Nature и Science группа учёных из Вашингтонского университета сообщила об обнаружении признаков теоретически перспективных топологических кубитов — энионов (не путать с анионами). В своё время топологические квантовые вычисления и энионы как кубиты предложил использовать российский физик Алексей Китаев, но с практической и даже экспериментальной реализацией этих возможностей так и не сложилось. Новое открытие обещает с этим помочь.

Учёные «раздробили» электрон на три квазичастицы, что поможет создать точный квантовый компьютер

В общем случае топологические квантовые вычисления предполагают использовать топологические кубиты, которые от обычных кубитов отличаются очень высокой устойчивостью к внешним возмущениям. Это означает, что квантовая система будет свободна от ошибок даже при довольно большом числе кубитов в системе. Китаев предложил на роль топологических кубитов двумерные топологические фазы с анионами в которых наблюдается дробный квантовый эффект Холла (FQAH, fractional quantum anomalous Hall).

«Топологические системы интересны потому, что в них это исправление ошибок встроено, они защищены на физическом уровне. К сожалению, с эффектом Холла пока не получается: полупроводниковые структуры, в которых наблюдается квантовый эффект Холла, не удается сделать достаточно хорошего качества. Это уже продолжается много лет, то есть прогресс есть, но не очень сильный», — рассказал сам Китаев в одном из интервью для «Радио Свобода» (внесено в реестр иноагентов).

И вот теперь о надёжном обнаружении признаков дробного эффекта Холла сообщили американские учёные. Открытие знаменует собой первый и многообещающий шаг в создании отказоустойчивого кубита, потому что состояния FQAH могут содержать энионы — странные «квазичастицы», которые имеют лишь часть заряда электрона. Некоторые типы анионов, как предсказывал Китаев, можно использовать для создания так называемых «топологически защищённых» кубитов, устойчивых к любым небольшим локальным возмущениям.

Читать также:
Найден универсальный способ обойти этические ограничения большинства ИИ-моделей

«Это действительно устанавливает новую парадигму для изучения в будущем квантовой физики с дробными возбуждениями», — сказал Сяодун Сюй (Xiaodong Xu), ведущий автор работ, который также является заслуженным профессором физики Boeing и профессором материаловедения и инженерии в Университете Вашингтона.

Добиться заявленного эффекта учёные смогли при постановке эксперимента с двумя «чешуйками» такого двумерного полупроводникового материала, как теллурид молибдена (MoTe2). Одну пластинку толщиной в атом наложили на другую и слегка повернули, чтобы атомные решётки образовали муар. В результате электроны выстроились в структуру, которая воспроизвела новую экзотическую форму материи со своими свойствами.

Например, структура проявила магнетизм без приложения внешнего магнитного поля. И если в обычных условиях для возникновения квантового эффекта Холла требуются сильнейшие магнитные поля, что ставит крест на практической ценности явления, то в новом состоянии вещества внутренний магнетизм привёл к возникновению этого эффекта и к появлению энионов (к «расщеплению» заряда взаимодействующих электронов на дробные и устойчивые части). Из этого возникает устойчивость кубитов и возможность их связанного или запутанного состояния — всё, что нужно для устойчивых квантовых вычислений.

Более того, предложенная платформа обещает помочь в исследовании других не менее экзотических квазичастиц, также предложенных Китаевым в кандидаты топологических кубитов — неабелевых энионов.

«Этот тип топологического кубита будет принципиально отличаться от тех, которые могут быть созданы сейчас, — сказал докторант физики Университета Вашингтона Эрик Андерсон (Eric Anderson), ведущий автор статьи в Science и соавтор статьи в Nature. — Странное поведение неабелевых энионов сделало бы их гораздо более надежными в качестве платформы квантовых вычислений».

НОВОЕ НА САЙТЕ

Зимняя рабочая спецодежда: как выбрать качественную одежду для холодных условий труда

Зима – это не только время праздников и снега, но и период, когда многие работники сталкиваются с серьезными вызовами, связанными с низкими температурами. Для тех, кто трудится на открытом воздухе или в неотапливаемых помещениях,...

Данные не врут: британские ученые точно высчитали шансы Украины на победу

ДзенКирилл СтрельниковВсе материалыПротоукраинские копатели Черного моря, помимо окаменелого борща, оставили после себя глиняные таблички, одна из которых гласит: "Нет такой зрады, которую нельзя было бы объявить перемогой". Эту вечную мудрость взяли на вооружение...

Игорь Моргулов: человечество устало от шантажа и давления западных элит

Дзен— Советский Союз первым признал Китайскую Народную Республику, установив с ней дипломатические отношения уже на следующий день после ее провозглашения на пекинской площади Тяньаньмэнь 1 октября 1949 года. В последовавшее десятилетие стороны заключили союзнический...

Помпео заявил, что Киев должен получить разрешение на удары вглубь России

Дзен Экс-глава ЦРУ и госдепартамента США Майк Помпео в разговоре с российскими пранкерами Вованом (Владимиром Кузнецовым) и Лексусом (Алексеем Столяровым), которые представились африканским политиком, заявил, что Киев должен получить разрешение на удары далеко вглубь...

Филиппо раскритиковал заявления замглавы МИД об отправке войск на Украину

Дзен Лидер французской партии "Патриоты" Флориан Филиппо на своей странице в соцсети X назвал безумием заявления министра-делегата по вопросам Европы Бенжамена Хаддада о возможной отправке войск на Украину. "Совершенно безумное интервью нового министра "по...