Разделяне на заряда на електрона на три части – художествена концепция
(източник: Eric Anderson/University of Washington)
В стремежа си да създадат квантови компютри, които работят с по-малко грешки, учените се опитват да “разделят” електроните на квазичастици с много висока устойчивост на външни смущения. За напредък в тази област съобщава сп. Nature and Science.
Изследователи от Вашингтонския университет твърдят, че са открили признаци на обещаващи топологични кубити – аниони. И преди това учените предлагаха да се използват топологични квантови изчисления и аниони като кубити, но до практическо и дори експериментално прилагане на концепцията не се стигна. Ново откритие обещава пробив в това направление.
В общия случай топологичното квантово изчисление включва използване на топологични кубити, които се различават от обикновените кубити по това, че имат много висока устойчивост на външни смущения. А това означава, че квантовата система ще бъде свободна от грешки дори при доста голям брой кубити.
Американските учени съобщават за надеждно откриване на признаци на фракционния ефект на Хол (FQAH). Откритието бележи първата и най-обещаваща стъпка в изграждането на устойчив на грешки кубит, тъй като FQAH състоянията могат да съдържат всякакви странни “квазичастици”, които имат само малка част от заряда на електрона.
Някои видове аниони могат да се използват за създаване на така наречените “топологично сигурни” кубити, устойчиви на всякакви малки локални смущения, прогнозира по-рано руският физик Алексей Китаев. Той предложи за ролята на топологичните кубити да се използват двумерни топологични фази с аниони, в които се наблюдава ефекта на Хол.
Откритието на американските учени наистина поставя нова парадигма за бъдещето на квантовата физика с частични възбуждания, казва Ксиадонг Ксу, водещ автор на статиите, изтъкнат професор по физика, материалознание и инженерство във Вашингтонския университет.
Учените са успели да постигнат заявения ефект при експеримент с две „люспи“ от двуизмерен полупроводников материал като молибденовия телурид (MoTe2). Една плоча с дебелина на атом е поставена върху друга и леко завъртяна, така че атомните решетки да образуват моаре. В резултат на това електроните се подреждат в структура, която възпроизвежда нова екзотична форма на материя със свои собствени свойства.
Новата структура проявява магнетизъм без прилагане на външно магнитно поле. И ако при нормални условия са необходими най-силните магнитни полета за появата на квантовия ефект на Хол, което слага край на практическата стойност на явлението, то в новото състояние на материята вътрешният магнетизъм води до появата на този ефект и на аниони (“разделянето” на заряда на взаимодействащите електрони на дробни и стабилни части).
От това произтича стабилността на кубитите и възможността за тяхното свързано или заплетено състояние – всичко, което е необходимо за стабилно квантово изчисление. Освен това предложената платформа обещава да помогне в изследването на други не по-малко екзотични квазичастици, също предложени от Китаев като кандидати за топологични кубити – неабелеви аниони.
„Новият тип топологичен кубит ще бъде фундаментално различен от тези, които могат да бъдат създадени сега“, казва докторантът по физика на Университета на Вашингтон Ерик Андерсън, водещ автор на статията в Science и съавтор на статията в Nature.
„Странното поведение на неабеловите аниони би ги направило много по-надеждни като платформа за квантови изчисления“, смята ученият.