Это устройство, которое физики использовали для обнаружения того, что, по их словам, было самым четким сигналом так называемых квазичастиц «Майорана». Серый провод посередине - это нанопроволока, а зеленая область - полоска сверхпроводящего алюминия.

Рекламное объявление
Выбор редактора
Карта проводимости в зависимости энергии смещения от химического потенциала
Частицы Майораны привлекают внимание и остаются в центре сцены
Охота на новые квазичастицы
Изображение растущих нанопроволок InP, полученных с помощью сканирующего электронного микроскопа, в результате чего образуются множественные переходы.
Неуловимая майорановская частица делает большой шаг к квантовым вычислениям
Рекомендуемое чтение Wiley-IEEE
Беспроводная передача энергии для электромобилей и мобильных устройств

Спорные исследования неуловимых теоретических частиц, поддерживаемые Microsoft, которые могли бы стать крупным достижением в квантовых вычислениях, теперь были отозваны после того, как другие ученые указали на критические недостатки в работе.

Первоначальное исследование было сосредоточено на фермионах Майорана , частицах, которые давно теоретизировали и являются собственными античастицами. Впервые предсказанный более 80 лет назад итальянским физиком Этторе Майорана, ученым еще предстоит обнаружить эти самоуничтожающиеся частицы внутри ускорителей частиц.

Однако в последнее десятилетие исследователи обнаружили признаки своего рода майорановского фермиона, известного как майорановская нулевая мода. Эта квазичастица проявляется в виде групп электронов и других частиц, которые вместе ведут себя как отдельные частицы.

В исследовании, опубликованном в Nature в 2018 году , ученые, поддерживаемые Microsoft, заявили, что они нашли убедительные доказательства существования этих квазичастиц в особом виде сверхпроводника, и это открытие, по их мнению, может открыть путь для создания мощного квантового компьютера. Теперь исследователи официально отказались от этой работы , сославшись на «недостаточную научную строгость».

Фермионы Майорана теоретически могут найти применение в квантовых битах или кубитах, лежащих в основе наиболее широко исследуемых типов квантовых компьютеров. В то время как обычные компьютеры включают или выключают транзисторы для обозначения данных в виде единиц и нулей, из-за причудливой природы квантовой физики кубиты могут существовать в состоянии, известном как суперпозиция, где они могут действовать как 1, так и 0. Это позволяет каждому кубиту. выполнять сразу несколько расчетов.

Чем больше кубитов квантово-механически связано или запутано  вместе, тем больше вычислений они могут выполнять одновременно. Google и другие заявили о доказательствах того, что их квантовые компьютеры достигли квантового преимущества, превосходя даже самые мощные современные суперкомпьютеры в определенных задачах.

Квантово-механические эффекты, от которых зависят квантовые компьютеры - суперпозиция и запутанность - очень хрупки. Однако нулевые режимы Майораны могут оказаться практически невосприимчивыми к внешнему вмешательству, что , по мнению Microsoft, может помочь компании создать практический квантовый компьютер.

Необычайная стойкость нулевых мод Майораны к разрушению коренится в топологии , разделе математики, изучающем, какие аспекты форм могут выдерживать деформацию. Когда пара нулевых мод Майораны меняет местами - техника, аналогичная плетению двух прядей волос - топология предполагает, что эти квазичастицы могут в некотором смысле помнить, как они вели себя по отношению друг к другу, даже после того, как они разделены.

Теоретически «топологический кубит», созданный из пары майорановских нулевых мод, мог бы выиграть от своего рода защиты, обеспечиваемой его топологией. Даже если один из членов этого дуэта столкнется с помехой, кубит может выжить, если его партнер останется невредимым. Эта стабильность могла бы помочь топологическим квантовым компьютерам более легко наращивать мощность, чем другие подходы. 

Однако прямое доказательство того, что нулевые моды Майораны действительно существуют, оказалось чрезвычайно трудным. Работа 2018 года утверждала, что обнаружила такие доказательства. Однако эти утверждения были «изначально неправдоподобными», - говорит физик Сергей Фролов из Университета Питтсбурга, чьи исследования помогли спровоцировать опровержение природы  .

В исследовании 2018 года исследователи экспериментировали с полупроводниковыми нанопроводами антимонида индия, покрытыми алюминиевыми сверхпроводящими оболочками. В этом гибридном материале, так называемом « топологическом сверхпроводнике », предыдущие исследования показали, что частицы Майорана должны формироваться на обоих концах проводов.

Когда ученые изменили напряжение на своих устройствах, они обнаружили внезапный пик их электропроводности. Они утверждали, что этот электрический сигнал был свидетельством дискретных, квантованных уровней проводимости, отличительной черты частиц Майорана.

Однако Фролов отмечает, что, когда он и физик Винсент Мурик из Университета Нового Южного Уэльса в Австралии представили данные из работы 2018 года, они обнаружили серьезные конфликты между необработанными файлами и опубликованными результатами . По словам Фролова, после того, как их общение с командой, поддерживаемой Microsoft, оказалось безрезультатным, «мы пожаловались в Nature , Nature попросила авторов дать объяснения, а затем они отказались». 

В опровержении отмечаются такие ошибки, как то, как ученые «излишне исправили» некоторые данные и неправильно пометили график. Независимый обзор по просьбе Технологического университета Делфта в Нидерландах предлагает исследователь выбранных данных , которые поддерживают это явление они искали опуская противоречивые данные. Однако в этом обзоре не было обнаружено никаких доказательств того, что эти ошибки были преднамеренными. Далее он предположил, что ученые были поглощены своим энтузиазмом и поэтому не уделяли достаточно внимания данным, которые не соответствовали их целям.

Хотя это исследование было отозвано, некоторые эксперты сохраняют осторожный оптимизм в отношении продолжения масштабных поисков топологических кубитов. «С теоретической точки зрения нет сомнений в том, что нулевые моды Майораны должны существовать в квантовых проволоках и что при соответствующих условиях они должны вызывать квантованную электрическую проводимость», - говорит физик-теоретик Марсель Франц из Университета Британской Колумбии в Ванкувере. , который написал комментарийпо исследованию 2018 года. «Тот факт, что консенсус в отношении экспериментов еще не достигнут, несмотря на значительные усилия во всем мире, является свидетельством огромной проблемы, которую эти эксперименты ставят перед физическим сообществом. Однако я оптимистично настроен, что со временем теория будет полностью подтверждена экспериментами, потому что, в отличие от многих других ситуаций, мы очень хорошо понимаем лежащие в основе механизмы ».

Однако Фролов не согласен. Он утверждает, что существует обширная теоретическая работа, предполагающая, что квантованная проводимость «не является необходимой для Майораны».

Microsoft заявляет, что продолжает заниматься топологическими квантовыми вычислениями и что ее исследования не основываются на каких-либо утверждениях или методах в отозванной работе. «Мы уверены, что масштабируемые квантовые вычисления помогут решить некоторые из величайших проблем человечества, и мы по-прежнему привержены топологическому подходу», - говорит Зульфи Алам , глава группы Microsoft Quantum.

Однако Фролов скептически относится к тому, что майорановские фермионы могут иметь какое-либо практическое значение. « На мой взгляд, топологические кубиты - это отдаленная возможность, независимо от того, действительна эта статья или нет», - говорит Фролов. Он отмечает, что, как и Большой адронный коллайдер и LIGO , исследования майорановских фермионов проливают свет на фундаментальную физику, но предполагает, что «это очень маловероятно», что такая работа может иметь технологические последствия .