Наплели моду. Что не так с поисками майорановских фермионов и при чем тут Microsoft |
||
МЕНЮ Главная страница Поиск Регистрация на сайте Помощь проекту Архив новостей ТЕМЫ Новости ИИ Голосовой помощник Разработка ИИГородские сумасшедшие ИИ в медицине ИИ проекты Искусственные нейросети Искусственный интеллект Слежка за людьми Угроза ИИ ИИ теория Внедрение ИИКомпьютерные науки Машинное обуч. (Ошибки) Машинное обучение Машинный перевод Нейронные сети начинающим Психология ИИ Реализация ИИ Реализация нейросетей Создание беспилотных авто Трезво про ИИ Философия ИИ Big data Работа разума и сознаниеМодель мозгаРобототехника, БПЛАТрансгуманизмОбработка текстаТеория эволюцииДополненная реальностьЖелезоКиберугрозыНаучный мирИТ индустрияРазработка ПОТеория информацииМатематикаЦифровая экономика
Генетические алгоритмы Капсульные нейросети Основы нейронных сетей Распознавание лиц Распознавание образов Распознавание речи Творчество ИИ Техническое зрение Чат-боты Авторизация |
2022-12-02 12:14 Обзор. Часть I. Наплели моду. Что не так с поисками майорановских фермионов и при чем тут Microsoft Евгений Глушков Этторе Майорана предсказал существование частиц, которые должны быть античастицами сами себе. А потом таинственно пропал. В 2018-м году компания Microsoft пообещала ( https://www.barrons.com/articles/microsoft-we-have-the-qubits-you-want-1519434417 ) вскоре представить первый в истории топологический кубит на базе предсказанных Майораной частиц. Но на дворе вот уже 2022-й, но ни про майораны, ни про кубиты на них ничего достоверного сказать нельзя. Рассказываем, почему пять лет назад в Microsoft с таким оптимизмом смотрели в будущее и куда подевались частицы, которые придумал Майорана незадолго до своей пропажи. В 2021 журнал Nature отозвал ( https://www.nature.com/articles/s41586-021-03373-x ) статью группы Лео Коувенховена о полупроводниковых нанопроволоках, покрытых слоем сверхпроводника. В 2022 году — еще одну статью той же группы на ту же тему. Виноваты в этом ученики Коувенховена — Сергей Фролов и Винсент Моурик, которые показали, что результаты, заявленные в обеих статьях, нельзя считать достигнутыми. Более того, они уже составили список ( https://www.nature.com/articles/s41586-021-03373-x ) работ в этой области, к которым, по их мнению, также следует отнестись с подозрением. Из-за найденных ошибок из журналов только одной издательской группы Springer Nature отзывают в среднем десятки статей в год ( http://retractiondatabase.org/RetractionSearch.aspx#?pub%3dSpringer%2b-%2bNature%2bPublishing%2bGroup ), и широкая научная общественность по этому поводу, как правило, не переживает. Но отзыв работ Коувенховена — другое дело. Потому что за ними стоят миллионы инвестиций компании Microsoft, которая не скрывала своего оптимизма в отношении нанопроволок из Делфта, где трудился Коувенховен. IT-гигант планирует делать на них квантовые компьютеры, причем намного более многообещающие, чем существующие сегодня машины. В своих сенсационных экспериментах 2010-х годов Коувенховен показал, что в его нанопроволоках появляются майорановские нулевые моды — квазичастицы со свойствами тех самых майорановских фермионов, которые предсказал почти век назад Этторе Майорана. Энионы Microsoft В начале 2000-х годов мало кто вне узких академических кругов слышал про квантовые вычисления. Тем более сложно было представить, что исследования в этой области могут заинтересовать крупную IT-компанию. Но именно это произошло, когда в коридорах исследовательского подразделения Microsoft (Microsoft Research, MSR) встретились русский физик-теоретик Алексей Китаев и американский математик Майкл Фридман. Китаев еще будучи сотрудником Института теоретической физики имени Ландау предложил ( https://arxiv.org/abs/quant-ph/9707021 ) концепцию квантовых вычислений, в которых ошибки из-за декогеренции кубитов физически невозможны. Такие ошибки — неизбежный спутник всех физических платформ для квантовых вычислений, будь то сверхпроводящие кубиты, атомы и ионы в ловушках или дефекты в кристаллах. Отсюда возникает необходимость в алгоритмах коррекции ошибок, которые заменяют несовершенные физические кубиты безошибочными логическими. Есть только одно «но». Один логический кубит — это десятки физических кубитов, при том что в последних машинах, за исключением продукции канадцев из D-wave, их число едва лишь подобралось к сотне (о состоянии квантовой гонки и месте российских ученых в ней читайте в материале «Квантовое преследование» https://nplus1.dev/material/2021/09/09/quantum-pursuit ). Поэтому до исполнения полноценного квантового алгоритма пока дело ни у кого не дошло, вместо этого ученым приходится довольствовать разнообразными гибридными вычислениями (о них читайте в материале «Разминка для кубита» https://nplus1.dev/material/2022/06/16/quantumalgorithms ). В свете этого идея кубита, которым не нужна никакая надстройка для коррекции ошибок, естественно, выглядит как значимое преимущество над остальными платформами. Фридмана идея Китаева использовать энионы заинтриговала, они написали вместе фундаментальную статью ( https://arxiv.org/abs/quant-ph/0101025 ) — и дальше математик увлекся настолько, что убедил высшее руководство Microsoft создать отдельное подразделение, посвященное квантовым вычислениям. Энионы Энионы (anyon, не путать с анионами) — это класс частиц, о котором заговорили еще в 1970-е, когда теоретики задумались о физике плоского, двумерного мира. Все элементарные частицы в пространстве с тремя степенями свободы (то есть нашем) относятся к фермионам или бозонам. И когда две соседних частицы меняются друг с другом местами (фермион с фермионом или бозон с бозоном), то у волновых функций фермионов меняется знак, а с волновыми функциями бозонов вообще ничего не случится. Но в двумерном пространстве появляются квазичастицы, чьи свойства оказываются «между» теми, которые присущи фермионам и бозонам — это и есть энионы. Перестановка элементарных частиц на плоскости возможна двумя топологически разными способами: по часовой стрелке или против нее. А если частицы заставить меняться местами дважды, то там где волновые функции фермионов и бозонов выглядят так, как будто бы ничего и не происходило, у двумерных энионов они в изначальное состояния не возвращаются (кстати, энионы мы обсуждали с самим Алексеем Китаевым в материале «Спиновая жидкость» https://nplus1.ru/material/2016/08/26/spin-liquid ). Более того, в результате волновые функции таких энионов попадают в некую фазу, которая зависит от того, по часовой или против происходила их перестановка. То есть их можно «переплетать» между собой — причем переплетаются даже не сами частицы, а их мировые линии ( https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%BB%D0%B8%D0%BD%D0%B8%D1%8F ) — состояния частиц не только в пространстве, но и времени (орбита Земли в пространстве представляет собой замкнутую фигуру, эллипс; а ее мировая линия — уже спираль, потому что по отношению к оси времени Земля продолжает двигаться в одну и ту же сторону). Из этого получается, что если переплести энионы, то эти «узелки» будет уже не развязать — если, конечно, сами частицы развести на достаточно большое расстояние, чтобы они вновь не перепутались. А значит на квантовые операции над ними не будут влиять вторжения внешнего мира, типа температурных флуктуаций. Так проблема декогеренции решается сама по себе (когеренцию и декогенеренцию суперпозиций и технологию борьбы с этим мы обсуждали с физиком Алексеем Федоровым https://nplus1.dev/material/2016/04/12/coh ). В этом сила топологических квантовых вычислений. Так в 2005 году появилась Station Q ( https://news.microsoft.com/stories/stationq/ ) — по сути, отдельный институт квантовых технологий при Калифорнийском университете в Санта-Барбаре на балансе у Microsoft — а Фридман его возглавил (это он, собственно, настоял на том, чтобы не называть это учреждение ни «институтом», ни «центром»). Что дальше? Дальше надо экспериментировать. Получить энионы, научиться их переплетать и связать из них квантовый процессор. Тут есть плохая новость: найти энионы в трехмерном пространстве невозможно. Поэтому ученые вынуждены создавать специальные двумерные системы, в которых существование энионов становится физически возможным в виде квазичастиц. Сама по себе это задача настолько сложна, что между теоретическим описанием энионов и их экспериментальным наблюдением прошел не один десяток лет. Еще больше все усложняется тем, что для топологических квантовых вычислений требуется весьма специфический сорт энионов — неабелевы энионы, для которых имеет значение не только с какими другими энионами переплелись их мировые линии, но и в какой последовательности. Хорошие новости тоже, впрочем, есть: как раз в те же годы, когда Фридман заразился идеей квантовых вычислителей на энионах, начали появляться теоретические работы, показывавшие, что под определение энионов могут подходить майорановские фермионы в различных системах. Обзор. Часть II. Источник: news.microsoft.com Комментарии: |
|