Дата публикации: 13 апреля 2020 г.

Ученые из MIT обнаружили майорановский фермион на обычном металле

Открытие физиков может привести к созданию нового семейства надежных кубитов для квантовых вычислений. Физики Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology, MIT) наблюдали свидетельства фермиона Майорана - частиц, которые, согласно теории, также являются их собственной античастицей на поверхности обычного металла - золота.

Это первое обнаружение майорановских фермионов на платформе, которая потенциально может быть увеличена. Статья об исследовании опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences, и являются важным шагом к изоляции частиц как устойчивых, защищенных от ошибок кубитов для квантовых вычислений.

В физике элементарных частиц фермионы представляют собой класс элементарных частиц, который включает в себя электроны, протоны, нейтроны и кварки, которые составляют строительные блоки материи. По большей части, эти частицы считаются дираковскими фермионами, в честь  английского физика Пола Дирака (Paul Dirac), который первым предсказал, что все фермионные фундаментальные частицы должны иметь аналог где-то во Вселенной в форме античастицы.

В 1937 году итальянский физик-теоретик Этторе Майорана (Ettore Majorana) расширил теорию Дирака, предсказав, что среди фермионов должно быть несколько частиц, названных майорановскими фермионами, которые неотличимы от их античастиц. Таинственным образом физик исчез во время поездки на пароме у побережья Италии всего через год после того, как сделал свой прогноз. С тех пор ученые искали загадочную частицу Майорана. Было предположено, но не доказано, что нейтрино может быть майорановской частицей. С другой стороны, теоретики предсказали, что майорановские фермионы могут также существовать в твердых телах в особых условиях.

Теперь команда под руководством MIT обнаружила свидетельства майорановских фермионов в материальной системе, которую они спроектировали и изготовили. Она состоит из нанопроволок золота, выращенных на сверхпроводящем материале ванадии и усеянных маленькими ферромагнитными «островками» сульфида европия. Когда исследователи сканировали поверхность вблизи островов, они увидели характерные пики сигнала, близкие к нулевой энергии на самой верхней поверхности золота, которые, согласно теории, должны генерироваться только парами майорановских фермионов.

«Майорановские ферминоны - это те экзотические вещи, которые давно мечтали увидеть, и теперь мы видим их в очень простом материале - золоте», - говорит Джагадиш Мудера (Jagadeesh Moodera), старший научный сотрудник физического факультета Массачусетского технологического института. «Мы показали, что они есть, стабильные и легко масштабируемые».

«Следующим шагом, необходимо будет взять эти объекты и превратить их в кубиты, что станет огромным прогрессом в направлении практических квантовых вычислений», - добавляет соавтор Патрик Ли (Patrick Lee), профессор физики William and Emma Rogers Professor of Physics, MIT.

Соавторами Ли и Мудеры являются бывший постдок MIT и первый автор Суджит Манна (Sujit Manna), в настоящее время работающий на факультете Индийского технологического института в Дели, а также бывший постдок MIT Пэн Вэй из Калифорнийского университета в Риверсайде, а также Янгминг Кси (Yingming Xie) и Кэм тун Лау (Kam Tuen Law) Гонконгский университет науки и техники.

Если бы их можно было использовать, майорановские фермионы были бы идеальны в качестве кубитов или отдельных вычислительных единиц для квантовых компьютеров. Идея состоит в том, что кубит будет состоять из комбинаций пар майорановских фермионов, каждая из которых будет отделена от своего партнера. 

Ученые искали майорановские фермионы в полупроводниках, материалах, используемых в традиционных транзисторных вычислениях. В своих экспериментах исследователи объединили полупроводники со сверхпроводниками - материалами, через которые электроны могут перемещаться без сопротивления. Эта комбинация придает сверхпроводящие свойства обычным полупроводникам, которые, по мнению физиков, должны вызывать расщепление частиц в полупроводнике, образуя пару майорановских фермионов.

«Есть несколько материальных платформ, где люди считают, что они видели частицы Майорана», - говорит Ли. «Доказательства все серьезнее и сильнее, но они все еще не доказаны на 100%».

«Видеть пару майорановских фермионов - важный шаг к созданию кубита», - говорит Вэй. «Следующий шаг - сделать кубит из этих частиц, и теперь у нас есть некоторые идеи о том, как это сделать».

Источник: news.mit.edu

Гасанбекова Л. А. Оценка эффективности финансово-хозяйственной деятельности государственных унитарных предприятий Практическое пособие / Л. А. Гасанбекова, В. И. Никитина, Б. В. Сошников; под общ. науч. ред. канд. экон. наук О. А. Коробко. – М.: ФГБНУ «Аналитический центр» Минобрнауки России, 2019. – 49 с. (ISBN 978-5-904670-54-2). Доступна электронная версия печатного издания.

Вопросы контроля хозяйственной деятельности и финансового аудита, национальной безопасности, системного анализа и управления Сборник материалов III Всеросс. науч.-практ. конф., г. Москва, 29 декабря 2017. – М.: ФГБНУ «Аналитический центр» Минобрнауки России, 2018. – 200 с. (ISBN 978-5-904670-53-5). Доступна электронная версия печатного издания.

открыть полный список изданий Центра →