Для создания квантового компьютера совместят темпоральные кристаллы и майорановские фермионы — Naked Science
7 минут
Редакция

Для создания квантового компьютера совместят темпоральные кристаллы и майорановские фермионы

Создав из темпорального кристалла частицу, являющуюся собственной античастицей, физики собираются сделать квантовый компьютер, который будет намного надежнее и легче других разработок.

image_4569_1e-time-crystals1
©Wikipedia

Темпоральные кристаллы и квазичастицы, называемые майорановскими фермионами, неоднократно мелькали в новостных заголовках в последние годы. Все из-за их крайне странной природы. В итоге ученые решили, что их совмещение для создания квантового компьютера — идеальный «брак».

 

Теоретический союз двух удивительных феноменов предложили ученые из Национального университета Сингапура, заметившие между ними сходства, которыми можно воспользоваться в топологическом квантовом компьютере. Прежде чем мы продолжим говорить об этом феноменальном миксе, стоит разобраться в основах.

 

Прежде всего, темпоральные кристаллы похожи на обычные кристаллы тем, что они тоже основаны на повторяющихся единицах. Но вместо того чтобы растягиваться на три измерения в пространстве, они со временем повторяются. Очень необычна тут независимость резонанса движений частиц от постоянного источника энергии. Однако до того, как вы воскликните «Вечный двигатель!», следует знать, что темпоральные кристаллы не могут быть источником независимой энергии, так что они не нарушают никаких правил. Тем не менее эта особенность может сыграть важную роль в хранении информации, если привести кристаллы в так называемые магические состояния.

 

И вот тут ученым должны помочь майорановские фермионы. Существование этих частиц было предсказано 80 лет назад физиком-теоретиком Этторе Майорана. Он утверждал, что такие гипотетические элементарные частицы суть свои же античастицы. Более того, они являются типом фермионов — частиц с полуцелым значением спина. Если вкратце, то из них состоят атомы.

 

Почти за век исследований ученым не удалось наблюдать эти особые частицы Ферми в естественных условиях. Но современной науке известен другой феномен — электроны, чье взаимодействие создает нечто очень похожее на майорановские фермионы.

 

Фермионы Майораны — точнее, их квазичастичные двойники — можно заставить двигаться необычным образом во время их следования через проводник. Это «сплетенное» движение делает их идеальными кандидатами для создания топологической версии квантового компьютера. Тогда как обычная квантовая машина зависит от неопределенного состояния частицы — ее потенциального спина — для создания своего ключевого компонента, топологический квантовый компьютер, напротив, использует эти «косы».

 

Сплетение – косы – нулевых режимов Майорана / LI et. al

 

«Грубо говоря, «коса» означает обмен положениями двух частиц, — сказал физик Цзянбин Гун в интервью Phys.org. — В реальной жизни нам известно, что существуют разные типы «кос» и что конверсия одной «косы» в другую требует определенных операций, которых нет в естественных условиях».

 

«Косы» не настолько хрупки, как другие квантовые состояния, что делает их очень привлекательными для использования в основе квантовых вычислений. Суть в использовании этих майорановских фермионов, чтобы построить рабочее устройство. Создание этих частиц из темпоральных кристаллов может стать очень хорошим вариантом для достижения этой цели.

 

Исследователи смоделировали поведение сетки частиц, действующих как темпоральные кристаллы, и направили на их грани электроны в форме квазичастиц Майорана. Воздействие на эти особые частицы заставило их действовать так, как если бы они сплетались, приведя к состояниям, которые могут стать основой для операций в универсальном квантовом компьютере.

 

«Сплетение темпоральных кристаллов может быть потенциально полезным для квантовых вычислений, так как мы используем их особенности временной области и тем самым получаем больше кубитов для кодирования информации», — говорит Гун.

 

Больше кубитов — меньше железа. Добавьте сюда процессы, наименее подверженные ошибкам, и вы получите очень выгодные и практичные топологические квантовые компьютеры на основе темпоральных кристаллов. Далее ученые собираются исследовать способы наращивания этого процесса, переместив «косы» в массив проводов для создания более сложных шаблонов.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
5 часов назад
4 минуты
Сергей Васильев

Глубоко в носоглотке ученые обнаружили новую — четвертую — пару крупных слюнных желез, о существовании которой ранее никто не подозревал.

Вчера, 12:21
4 минуты
Ольга Иванова

Международная группа ученых сделала рентгеновские снимки грудного отдела тела муравьев, проанализировав их мышцы и внутренний скелет. В результате исследователи выяснили, что сила этих насекомых связана с потерей способности летать.

2 часа назад
28 минут
Александр Березин

Потепление помогает главному лесу планеты — где проживает 10% всех существующих видов, — а вот биотопливо грозит ему гибелью. Эта неприятная правда неполиткорректна, поэтому СМИ переворачивают ее с ног на голову. Попробуем разобраться, как до этого дошло.

Вчера, 12:21
4 минуты
Ольга Иванова

Международная группа ученых сделала рентгеновские снимки грудного отдела тела муравьев, проанализировав их мышцы и внутренний скелет. В результате исследователи выяснили, что сила этих насекомых связана с потерей способности летать.

16 октября
6 минут
Василий Парфенов

Несмотря на устоявшееся мнение, согласно которому газотурбинные двигатели (ГТД) почти достигли технологического совершенства и прироста характеристик более чем на единицы процентов в новых моделях ждать не стоит, инженеры продолжают искать способы радикально их улучшить. Компания GE Aviation уже до конца 2020 года собирается представить предсерийные экземпляры своих революционных силовых установок, которые должны быть на 20% долговечнее, на 35% экономичнее и будут иметь улучшенную на 80% энерговооруженность, чем предыдущие аналогичные модели.

Позавчера, 18:46
4 минуты
Денис Гордеев

Исследователи рассказали, где безопаснее всего сидеть и что может снизить вероятность заражения при встрече с друзьями.

28 сентября
29 минут
Александр Березин

Сентябрь 2020 года принес в Закавказье войну — столкновение Азербайджана и Нагорного Карабаха получило большой размах, общее число жертв, судя по всему, уже перевалило за сотню, а Ереван и Баку объявили мобилизацию (в Азербайджане — частичную). Объективного смысла в войне для самих участников нет. Баку не победит, но и Армения от конфликта ничего не выиграет. Пользу конфликт, однако, объективно принесет Турции, а также тем, кто поставляет в Азербайджан оружие. Возникает вопрос: почему война оказалась возможна, несмотря на дружественную позицию России к Армении, и зачем на нее пошли в Баку? И есть ли у Еревана разумный выход из назревающей бойни?

16 октября
6 минут
Денис Гордеев

Люди со второй и четвертой группами крови с большей вероятностью переболеют Covid-19 в тяжелой форме.

1 октября
39 минут
Александр Березин

После советской эпохи атомные реакторы перестали запускать в космос, но сегодня все постепенно меняется. К атомной энергетике для марсианских колоний примеривается Илон Маск, проекты лунных АЭС прорабатываются в России — и все несмотря на то, что в космосе условия для солнечной энергетики лучше, чем на нашей планете. Что заставляет космическую отрасль все чаще думать об атомных реакторах? Как ни странно, дело в том, что и ядерная энергетика в космосе становится еще важнее, чем на Земле. Попробуем разобраться почему.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: