Международен екип изследователи визуализира една екзотична квантова частица - наречена фермион от майорана - която се проявява като собствената си античастица. Тези частици имат огромен все още неизползван потенциал да действат като кубитове, квантовите битове, които са основните единици информация в квантовите компютри.
Постижението е описано в списание Science Advances.
Преди повече от 50 години Гордън Мур, бивш главен изпълнителен директор на Intel, забелязва, че броят на транзисторите на един компютърен чип се удвоява на всеки 18 до 24 месеца. Тази тенденция, известна сега като Закон на Мур, продължава и до днес, което води до транзистори с размер само няколко нанометра - една милиардна част от метъра. В този мащаб класическите закони на физиката, които формират основата, на която работят съвременните ни компютри, престават да функционират и се заменят със законите на квантовата механика.
Затова смаляването на транзисторите, което бе използвано в миналото за увеличаване на изчислителната скорост и съхранение на данни, вече не е възможно. Освен ако изследователите не успеят да разберат как да използват квантовата механика като нова основа за компютри от следващо поколение.
Това е основната идея, формулирана през 1982 г. от Ричард Файнман, един от най-влиятелните теоретични физици на 20 век. Вместо да се използват класическите компютърни битове, които съхраняват информацията, кодирана в нули и единици, може да се разработят „квантови битове“ (или кубитове за кратко), които биха използвали законите на квантовата механика за съхраняване на всяко число от 0 до 1, като по този начин се увеличават експоненциално изчислителната скорост, което води до раждането на квантовите компютри.
"Обикновено, когато изхвърлите мобилния си телефон, неговата информация не се изтрива", разказва Дирк Мор (Dirk Morr), професор по физика от Университета на Илинойс, Чикаго, и водещ автор на статията. "Това е така, защото чиповете, на които се съхранява информацията в битове от единица и нули, са доста стабилни. Необходими са много усилия, за да се превърне единица в нула и обратно. В квантовите компютри обаче, защото има безкраен брой възможни състояния, в които кубитът може да бъде, информацията може да се загуби много по-лесно", коментира Мор.
Използват се квазичастици майорана. Това са възбудени състояния на електрони със съгласувано поведение, които действат като майорана фермиони и имат редица свойства, които ги правят привлекателен кандидат за ролята на кубити.
Обикновено частица и античастица ще унищожат една друга, но вплетените квазичастици майорана са изненадващо стабилни.
Ако се създадат кубити от двойка фермиони майорана, информацията може да бъде надеждно кодирана, стига майораните да са достатъчно отдалечени.
„Нуждаем се само от един фермион майорана на кубит и затова трябва да ги отделим един от друг“, обяснява Мор.
За да се постигне това разделяне и да се „изобрази“ един фермион майорана, е необходимо да се създаде „топологичен свръхпроводник“ - система, която може да провежда ток без никакви загуби на енергия, и в същото време е вързана с „топологичен възел".
„Този топологичен възел изглежда като дупка в поничка - може да деформирате поничката до кафена чаша, без да загубите дупката, но ако искате да унищожите дупката, трябва да направите нещо доста драматично, като да изядете поничката“, обяснява Мор.
За да построят топологични свръхпроводници, колегите на Мор от Университета в Хамбург поставят остров от атоми на магнитно желязо с диаметър само десетина нанометра на повърхността на свръхпроводник от рений - материал, който провежда електричество с нулево съпротивление при изстудяване до около 6 Келвина (–267 ° C).
Екипът на Мор показа, че с помощта на сканиращ тунелен микроскоп е възможно да се визуализира фермион майорана като ярка линия по края на острова от железни атоми.
Това е още една крачка напред. Миналия месец друг екип изследователи разкри, че са успели да включат и изключат квазичастици майорана.
Възможността да се визуализират тези частици ни доближава до използването им като кубити, отбелязват изследователите.
„Следващата стъпка ще бъде да разберем как можем да вградим тези майорански кубити на квантови чипове и да ги манипулираме, за да постигнем експоненциално увеличение на нашата изчислителна мощ“, заяви Мор.
Справка: Atomic-scale interface engineering of Majorana edge modes in a 2D magnet-superconductor hybrid system, Science Advances.
Източници:
Imaging of exotic quantum particles as building blocks for quantum computing, University of Illinois
An Elusive Particle That Acts as Its Own Antiparticle Has Just Been Imaged, sciencealert
Още по темата
Физика
Могат ли загадките на ядрото на атома да разклатят Стандартния модел? Отговаря проф. Пиетрала
Физика
Физици могат да предскажат скоковете на котката на Шрьодингер и накрая да я спасят
Физика
Квантова система бе прехвърлена за кратко назад във времето
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари