Sciencemag.cz
Doporučujeme
Anyony představují třetí typ částic vedle fermionů a bosonů. Přesněji řečeno, jde o kvazičástice. Navíc anyony nejspíš v normálním 3D světě nemohou existovat, ale mohly by se vyskytovat ve 2 dimenzích.
A anyony mají mít další podivnou vlastnost – když stejné částice dvakrát prohodíme (nebo stačí jednou, uvádí se jinde; když zavřete oči a někdo před vámi prohodí dvě stejné mince, nemáte jak zjistit, zda k tomu došlo, nebo ne), stav systému se tím změní. Ve 3D a u bosonů i fermionů to funguje jinak.
Jak vidno, máme zde jednou opět problém, v němž se normální člověk může vyznat jen opravdu těžko. Tudíž už nijak nevadí, když k tomu přidáme kvantové počítání (to je z toho naopak věc nejpochopitelnější; tedy má jít o topologické kvantové počítání, aby se to trochu zkomplikovalo) a dodáme, že anyony se (podle symetrií, které mají/zachovávají) dělí na abelovské a neabelovské.
Výzkumníci z Googlu uvádějí, že v Microsoftu již nějaký čas usilují o kvantový počítač založený právě na neabelovských anyonech. Vědci ze skupiny Google Quantum AI nyní (respektive – nyní došlo na to, že příslušný článek byl publikován v Nature, na arXiv se objevil už loni v říjnu) oznámili, že vůbec poprvé použili jeden ze svých supravodivých kvantových procesorů k pozorování zvláštního chování neabelovských anyonů a současně ukázali, že tento jev by šel použít k provádění kvantových výpočtů. Tyto topologické výpočty mají fungovat tak, že operace odpovídají navíjení neabelovských anyonů kolem sebe jako v copánku.
Kvantová mechanika ve 2D umožňuje, aby si neabelovské anyony uchovávaly jakousi paměť – je možné poznat, kdy byly dva z nich vyměněny, přestože jsou zcela identické, praví průvodní tisková zpráva. Dále se uvádí, že tuto paměť si lze představit jako světočáru příslušné částice. Výměna znamená, že se světočáry obtáčejí kolem sebe, to jsou ty metafory s copánkem výše (též viz obrázek).
Konkrétně v Googlu připravili dva supravodivé qubity v provázaném (zapleteném) stavu v konfiguraci odpovídající šachovnici (nějaké speciální uspořádání, na němž v Googlu nedávno demonstrovali i opravu chyb kvantového počítače). Zde se objeví abelovské anyony. Další manipulace se šachovnicí („roztahování a mačkání kvantového stavu qubitů“, praví tisková zpráva) pak umožnila hýbat i s neabelovskými anyony. Zajímavé byla interakce neabelovských a abelovských anyonů. Proplétání obou typů částic kolem sebe vedlo k bizarním jevům – částice mizely, znovu se objevovaly a měnily svůj tvar z jednoho typu na druhý, když se navzájem obtáčely a srážely.
Výzkumníci dále pozoroval charakteristický znak neabelovských anyonů: když se dva z nich vyměnily, způsobilo to měřitelnou změnu kvantového stavu jejich systému; tento jev dosud nikdy nebyl pozorován. A dále se z neabelovských anyonů podařilo vytvořit Greenbergerův–Horne–Zeilingerův stav (GHZ, jeden z typů kvantového provázání).
V Microsoftu se dosud snažili něco podobného realizovat s materiály, které by hostily anyony přímo, Google nyní ukázal, že stejný typ fyziky lze realizovat i v procesorech na bázi supravodičů.
Google Quantum et al, Non-Abelian braiding of graph vertices in a superconducting processor, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-05954-4
Zdroj: Google Quantum AI / Phys.org
