Sciencemag.cz
Doporučujeme
Majoranovy fermiony jsou hypotetické látkové částice, které by byly totožné se svými antičásticemi. Dosud se podařilo připravit pouze jejich nápodoby v podobě kvazičástic. Nový výzkum navrhuje realizovat tyto kvazičástice v podobě kvantových teček umístěných v nanodrátku. Takové tečky by pak mohly hrát např. roli qubitů (základních výpočetních jednotek v kvantových počítačích).
Hlavní autor nové studie Tom Dvir z QuTechu (sdružení nizozemských akademických i neakademických vědecko-technologických institucí) uvádí, že qubity na bázi Majoranových fermionů by měly být odolnější vůči chybám/šumu. Na nich postavené kvantové počítače by se pak daly lépe škálovat – používat k déle trvajícím výpočtům. Na rozdíl od běžných qubitů se ty majoranovské vyskytují vždy v párech. Jedna část Majoránového qubitu se přitom může nacházet na jednom konci nanodrátku a druhá část na opačném. Abychom mohli s Majoránovou částicí manipulovat, musíme ovlivňovat oba konce současně. S ohledem na kvantové výpočty to má znamenat, že je-li jedna část ovlivněna šumem, druhá polovina zůstane nepoškozena a qubit se samovolně obnoví.
Co se týče konkrétní realizace: Výzkumníci začali tím, že na nízkých teplot připravili dvě kvantové tečky blízko sebe, oddělené krátkým nanodrátkem ze slitiny india a antimonu. Kvantové tečky přitom byly navzájem elektricky propojeny dvěma způsoby. Prvním je přeskakování elektronů mezi oběma tečkami. Druhý způsob zahrnuje dvojice elektronů, které současně vstupují a vystupují do/z nanodrátku. Vědci dokázali řídit oba tyto procesy a jejich laděním dosáhli toho, že dvojice teček se začala chovat jako Majoranův fermion.
Podstatné je, že čím jsou dvě tečky představující qubit od sebe dál, tím bude qubit stabilnější/odolnější proti šumu. Do jednoho nanodrátku se vědci samozřejmě pokusí vsunout více qubitů, což by neměl být nepřekonatelný problém (jak se uvádí, obtížnost přidávání dalších teček má růst spíše lineárně než exponenciálně).
Hodnotu majoranovského qubitu určuje obdoba spinu, tedy směr vnitřní rotace v tečce. Obecně se tedy jedná o kvantové počítače podobné těm, jejichž základní stavební jednotky tvoří elektrony. Pokud se za příslušných podmínek (teplot) bude nanodrátek chovat jako supravodič, bude možné použít již existující znalosti získané při studiu kvantového počítání v supravodivých systémech.
Tom Dvir, Realization of a minimal Kitaev chain in coupled quantum dots, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-022-05585-1. www.nature.com/articles/s41586-022-05585-1
Zdroj: QuTech / Phys.org
Poznámka: Pro laika je to samozřejmě celé bohužel zase dost nesrozumitelné, má smysl to brát spíše jako ilustraci různých přístupů, které se v rámci celého oboru zkoumají.
