Для создания квантового компьютера совместят темпоральные кристаллы и майорановские фермионы
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.
7 часов назад
43 минуты
Александр Березин

Четвертого мая 2020 года в Армении сняли карантинные меры. Как мы тогда писали, это неизбежно привело к усилению эпидемической вспышки в этой стране. Армения вырвалась в мировые лидеры по числу заболевших на душу населения, что может означать печальные рекорды и по смертям. Кто виноват в случившемся? Могло ли быть иначе? Пойдет ли Россия по армянскому пути после частичного снятия ограничений 11 мая? Попробуем разобраться.

3 часа назад
5 минут
Денис Гордеев

Автомобиль затормозил, но слишком поздно. Благо обошлось без жертв.

Вчера, 19:35
5 минут
Денис Гордеев

У ребенка еще до рождения предполагали кисту или опухоль, но все оказалось гораздо необычнее.

28 мая
4 минуты
София Жаботинская

Внутрикорабельные костюмы членов экипажа Crew Dragon неудобны и выдерживают меньшие перегрузки, чем российские аналоги.

27 мая
37 минут
Александр Березин

После очень долгого перерыва США вновь пытаются запустить человека в космос своими силами. Но если с ракетами и кораблем у них сейчас все лучше, чем у стран-конкурентов, то со скафандрами не все так гладко. Они заметно неудобнее и тяжелее — что приводит к большим проблемам, вплоть до отваливающихся ногтей на пальцах астронавтов. Почему так вышло — в интервью Naked Science рассказал конструктор скафандров Николай Моисеев.

29 мая
10 минут
София Жаботинская

Таковы итоги первой фазы клинических испытаний, проведенных исследователями из Китая. Ученые уже развернули вторую фазу тестов, результаты которой станут известны через шесть месяцев.

14 мая
6 минут
София Жаботинская

Две-три чашки кофе в день обеспечивают уменьшение как подкожного, так и висцерального жира у женщин — по сравнению с теми, кто пьет кофе реже или не пьет совсем.

18 мая
47 минут
Александр Березин

«Новая газета» обратила внимание, что в статистике столицы — эпицентра коронавирусной эпидемии в России — в апреле 2020 года виден аномальный всплеск смертей. Он в разы превышает официальные цифры гибели людей от Covid-19. Власти опять скрывают? Naked Science внимательно присмотрелся к ситуации и обнаружил, что дело совсем в другом факторе, никак не связанном с новой болезнью. Рассказываем, о чем речь.

12 мая
9 минут
Sergei Sobol

Сейчас, когда многие вокруг задумываются, а не попробовать ли что-то новое и не сменить ли профессию, программирование точно одно из тех направлений, к которому стоит присмотреться. Может, вы об этом уже думали?

[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: