Топологическая сверхпроводимость: как ученые открыли еще одно состояние вещества
«Этим топологическим состоянием можно манипулировать способами, которые помогут ускорить вычисления в квантовых вычислениях и увеличить объем памяти», — говорит доцент кафедры физики в Нью-Йоркском университете Джавад Шабани.
Во время исследования команда смогла засвидетельствовать переход квантового состояния в новое топологическое — иными словами, оно приобрело новые геометрические свойства. Топологические состояния изменяются постоянно, мы часто видим это в повседневной жизни: например, кусок бумаги изменит свою топологию, стоит вам порвать его лишь наполовину.
В состоянии трансформации ученые наблюдали майорановские фермионы — частицы, названные в честь итальянского физика-теоретика XX века Этторе Майорана. Его теория описывала частицы, которые являются античастицами к самим же себе, еще в далеком 1937 году. Ученые рассматривают их как потенциальное хранилище для кубитов, поскольку квантовая информация нуждается в специальном вычислительном пространстве, защищенном от внешних шумов окружающей среды.
В чем же проблема? Все дело в том, что для этих частиц не существует естественного материала, который позволил бы хранить их. Однако новое топологическое состояние, по-видимому, наконец позволит решить эту проблему. Стоит зафиксировать майорановские фермионы — и они станут вместилищем для кубитов, а значит можно будет не только хранить квантовую информацию, но и «манипулировать квантовыми состояниями, свободными от ошибок» по словам самого Шабани.
С помощью квантовых вычислений компьютеры способны выполнять вычисления экспоненциально быстрее, чем современные аналоги, используя так называемые кубиты. Если привычные нам биты бинарны и означают 0 или 1, то кубиты позволяют оперировать любым числом от 0 до 1, что делает вычисления намного быстрее.