Ученые из США и Германии впервые визуализировали майорановский фермион — частицу, которая идентична своей собственной античастице. Эта находка открывает возможности для разработки кубитов, необходимых для квантовых вычислений.
К майорановским фермионам можно отнести частицы, демонстрирующие свойства их античастиц, такие как противоположные по знаку электрический и цветовой заряды, а также определенные квантовые числа. Более широко, майорановскими фермионами могут быть и некоторые квазичастицы – особые образования, состоящие из нескольких частиц, например, возникающие в сверхпроводниках в процессе передачи электрического заряда.
Именно такие структуры удалось запечатлеть команде физиков из Университета Иллинойса в Чикаго и Гамбургского университета (Германия). Они взяли за основу рениевый сверхпроводник — материал, который начинает проводить электричество без потерь при температуре около минус 267 °C. Ученые нанесли на его поверхность «островки» из железа, создав таким образом сверхпроводник с топологическим узлом.
При прохождении электрического тока через этот материал майорановские фермионы возникают на границах железных островков. Наблюдение этих квазичастиц стало возможным благодаря использованию сканирующего туннельного микроскопа. Этот инструмент обеспечивает получение изображений поверхности образца с высоким разрешением, поскольку он использует иглу с кончиком толщиной в несколько атомов для измерения расстояния до атомов материала.
Использование этого подхода дало возможность ученым выявить неуловимые квазичастицы и изучить некоторые из их физических свойств. Авторы исследования утверждают, что оно приблизит к созданию эффективных кубитов для квантового компьютера. Особый интерес для этой цели представляют майорановские фермионы, в частности, их стабильность. В отличие от большинства современных кубитных систем, эти квазичастицы способны сохранять свое состояние на протяжении длительного времени и «запоминать» начальную позицию.
Ученые утверждают, что следующим этапом станет разработка методов создания майорановских кубитов непосредственно на чипах и способов управления ими, что позволит значительно повысить производительность квантовых компьютеров созданные недавно квантовые вентили позволят повысить скорость этих процессов в 200 раз.