Квантовый компьютер все ближе. Благодаря частице времени
Ученые планируют использовать в создании квантового компьютера частицу кристалла времени, которая была бы в то же время своей собственной античастицей. Это позволило бы сделать устройство не только надежным, но и более легким.
Кристаллы времени и квазичастицы, названные майорановскими фермионами, в последние годы наделали много шума из-за своей необычности. Так что решение использовать их вместе для создания квантового компьютера — двойная сенсация.
Физики из Национального университета Сингапура предложили объединить эти два феномена, основываясь на их сходствах. Но тут перед нами встает такое количество терминов, что хватит на серию «Стар Трека». Так что по порядку.
Во-первых, кристаллы времени напоминают обычные кристаллы тем, что состоят из повторяющихся единиц. Однако вместо протяженности в трехмерном пространстве они изменяются во времени. Что странно — этот резонанс в движениях частиц не зависит от постоянного источника энергии. Хоть эти кристаллы не могут быть использованы в качестве «вечного двигателя», цикличность изменений можно использовать для хранения информации. И тут нам нужны майорановские фермионы.
Предложенные около 80 лет назад физиком-теоретиком Этторе Майораной, эти гипотетические элементарные частицы являются своей собственной античастицей. Они представляют собой тип частиц фермиона, который технически характеризуется как полуцелый спин. Для большинства из нас, незнакомых с физикой настолько хорошо, фермионы — то, из чего состоят атомы.
Несмотря на почти сто лет наблюдений, мы так и не смогли найти в дикой природы частицы, описанные Майораной. Но есть кое-что другое — электроны, которые работают вместе таким образом, что в ходе взаимодействия они очень схожи по характеристикам с майорановским фермионом. Способность двигаться по траектории кос делает эту частицу идеальной для топологического квантового компьютера.
В то время как обычный квантовый компьютер работает за счет неопределенного состояния частиц, например, ее потенциальный спин, топологический квантовый компьютер использует эти сплетенные косы.
«Если кратко, то косы тут выступают как способ изменения местоположения двух частиц», — сказал физик Цзянбинь Гонг. — Существуют разные типы кос, и изменение одного типа на другой требует особых манипуляций, так что это невозможно в естественных, природных, условиях".
В отличие от других квантовых состояний, косы не являются хрупкой структурой, и это делает их подходящей основой для квантовых вычислений. Нужно только изобрести способ, как использовать майорановские фермионы для создания рабочего устройства.
Хоть ученые и проделали огромную работу в последние годы, создание майорановских фермионов из временных кристаллов может стать очередным нереализуемым вариантов.
Ученые смоделировали поведение атомной решетки, чтобы посмотреть, как кристалл времени будет вести себя, если пустить по нему электроны по форме майорановских квазичастиц. Манипуляции с этими особыми частицами заставили их сплетаться, как в косах. Это дает определенные основания утверждать, что это может стать основной операцией в универсальном квантовом компьютере.
"Плетение в кристаллах времени может быть полезным для квантовых вычислений, потому что мы используем их функции во временной области и, таким образом, получаем больше кубитов для кодирования информации", — говорит Гонг.
Больше кубитов — значит меньше аппаратных средств. Вместе с системой, менее подверженной ошибкам, это делает квантовые компьютеры особенно привлекательными.
Комментарии