Насправді це дуже дивно, що резонанс у рухах частинок не залежить від постійного джерела енергії. Але перш ніж кричати “вічний двигун”, варто згадати про те, що часові кристали не можна використовувати як джерело вільної енергії, тому вони не порушують жодних правил.

Однак, вони можуть відігравати важливу роль у збереженні інформації, перетворюючи її на те, що фізики називають “магічним станом” існування об’єкта.

І у цьому стані ферміони Майорани вступають у гру

Запропоновані близько 80 років тому фізиком-теоретиком Енріко Майораною, ці гіпотетичні елементарні частинки є своїми ж власними античастинками.

Зокрема, вони є типом ферміон-частинок, які технічно класифікуються як такі, що мають половину спіну. Простіше – це одні з елементів, з яких складаються атоми.

Незважаючи на те, що майже століття минуло з часу створення теоретичної бази щодо цих частинок, вченим не вдалося впіймати в реальності хоча б одну “частинку два в одному”. Але не все так погано – електрони працюють разом таким чином, що їх колективна поведінка виробляє щось подібне до ферміона Майорани.

Ці ферміони, вірніше, їх квазічастинки-двійники, можуть переміщуватися в досить унікальній формі скручування, якою вони спантеличують об’єкта-провідника. Ця траєкторія руху схожа на заплетену косу і робить їх ідеальними кандидатами для топологічної версії квантового комп’ютера.

Там, де ваша стандартна квантова машина спирається на невизначений стан частинки – наприклад, потенціал її спіна – для формування свого ключового компонента топологічний квантовий комп’ютер замість цього використовуватиме ці закручені “коси”.

“Прямо кажучи, це сплетення означає обмін місцерозташуванням двох частинок. В реальному житті ми знаємо, що існують різні види кіс і що перетворення однієї коси на іншу вимагає певних операцій, які самі по собі відбутися не можуть”.

– фізик Джібан Гун.

Коси не страждають такою ж крихкістю, як інші квантові стани, що робить їх привабливими у якості основи квантових обчислень. Хитрість полягає в тому, щоб застосувати ці ферміони таким чином, щоб створити робочий пристрій.

Останніми роками дослідники вже заклали певну міцну основу, але є сумніви, що вони стануть конкурентним варіантом розвитку квантових комп’ютерів.

Виготовлення скручених ферміонів Майорани з часових кристалів

Дослідники моделювали поведінку решітки частинок, що поводяться як часовий кристал, оскільки вони посилають електрони вниз по їхньому краю у вигляді квазічастинок Майорани.

Маніпулювання цими особливими частинками змушувало їх діяти так само, як у тому випадку, коли б вони були сплетені, дозволяючи стверджувати, що це може бути основою операцій на універсальному квантовому комп’ютері.

Сплетення часових кристалів потенційно корисне для квантових обчислень, тому що можна використовувати їх функції часової області і, таким чином, отримувати більше кубітів для кодування інформації.

Більше кубітів дорівнює меншому апаратному забезпеченню, що в поєднанні з менш помилковим процесом робить ці топологічні квантові комп’ютери досить привабливими.

Наступним кроком для дослідників є вивчення того, як вони можуть наблизити процес, переміщаючи коси в масив провідників для створення більш складних моделей.

Ми сподіваємось, що це буде плідним, як не дивно, шлюбом двох фізичних об’єктів.

Дізнатись більше :

Sciencealert