Ερευνητές του MIT προέβλεψαν νέο εξωτικό τύπο ύλης που μπορεί να εκτοξεύσει την Κβαντική Πληροφορική

Δεν υπάρχει κάποιος εύκολος δρόμος για να φτάσουμε στους πλήρως λειτουργικούς κβαντικούς υπολογιστές, οι οποίοι θα είναι προικισμένοι με την ικανότητα να διορθώνουν τα λάθη τους. Οι οργανισμοί που ερευνούν στον τομέα των κβαντικών υπολογιστών εργάζονται πάνω σε διάφορες τεχνολογίες qubit, και κάθε μία από αυτές βρίσκεται σε διαφορετικό βαθμό ανάπτυξης.

Η IBM, η Intel και η Google είναι μερικές από τις μεγάλες εταιρείες που έχουν επιλέξει υπεραγώγιμα qubits, αλλά και άλλες πολύ μικρότερες, όπως οι Atlantic Quantum, IQM, Anyon Systems, Rigetti Computing ή Bleximo. Στην πραγματικότητα, αν μείνουμε στον αριθμό των εταιρειών που εργάζονται πάνω σε αυτού του είδους τα κβαντικά bits, είναι λογικό να καταλήξουμε στο συμπέρασμα ότι αυτή είναι η τεχνολογία που έχει τη μεγαλύτερη υποστήριξη και τις μεγαλύτερες επενδύσεις, οπότε, κατά κάποιο τρόπο, είναι αυτή που έχει το προβάδισμα.

Αυτή η στρατηγική είναι πιθανότατα εκείνη που θα μας βοηθήσει να έχουμε περισσότερα qubits, αλλά είναι επίσης πιο επιρρεπής στο να κάνει λάθη από τα qubits των παγίδων ιόντων, τα οποία είναι μια από τις εναλλακτικές λύσεις των υπεραγωγών. Επιπλέον, αυτά τα τελευταία qubits χαρακτηρίζονται από το γεγονός ότι λειτουργούν σε θερμοκρασία περίπου 20 milikelvin, δηλαδή περίπου στους -273 βαθμούς Κελσίου, με σκοπό να λειτουργούν με τον υψηλότερο δυνατό βαθμό απομόνωσης του περιβάλλοντος.

Αυτή τη στιγμή υπάρχουν πολλές ερευνητικές ομάδες διάσπαρτες σε όλο τον κόσμο που ασχολούνται με διάφορες τεχνολογίες qubit. Μία από αυτές, ή ακόμη και αρκετές, μπορεί να αποδείξουν τη σκοπιμότητά τους όταν πρόκειται να καταστεί δυνατή η ανάπτυξη ενός πλήρως λειτουργικού κβαντικού υπολογιστή, αλλά υπάρχει επίσης η πιθανότητα η τεχνολογία qubit που τελικά θα επιβληθεί να μην είναι καμία από αυτές. Ίσως δεν έχει επινοηθεί ακόμη και θα εμφανιστεί αργότερα. Αυτό ακριβώς το σενάριο θέτει η ανακάλυψη που έκανε μια ομάδα Φυσικών από το ΜΙΤ.

Στο άρθρο που δημοσίευσαν στο επιστημονικό περιοδικό Physical Review Letters, εξηγούν ότι αφετηρία τους είναι μια ανακάλυψη του περασμένου έτους που περιγράφει έναν τύπο υλικών που είναι ικανό να φιλοξενεί ηλεκτρόνια που μπορούν να κατατμήσουν το ηλεκτρικό τους φορτίο και να δημιουργήσουν κλασματικά ημι-σωματίδια χωρίς τη μεσολάβηση μαγνητικού πεδίου. Τα ηλεκτρόνια είναι θεμελιώδη σωματίδια και επομένως δεν μπορούν να κλασματοποιηθούν, οπότε το φαινόμενο αυτό περιγράφει στην πραγματικότητα τη συλλογική συμπεριφορά του συστήματος. Φαίνεται πολύ εξωτικό, και σίγουρα είναι, αλλά δεν είναι καινούργιο. Είναι ενδιαφέρον ότι η ανακάλυψη της ικανότητας ενός ηλεκτρονίου να κλασματοποιεί το ηλεκτρικό του φορτίο έγινε το 1982 και οδήγησε στην απονομή του βραβείου Νόμπελ στους φυσικούς Robert B. Laughlin, Horst L. Störmer και Daniel C. Tsui το 1998.

Οι Laughlin, Störmer και Tsui αναγκάστηκαν να χρησιμοποιήσουν ένα εξαιρετικά έντονο μαγνητικό πεδίο και μια πολύ χαμηλή θερμοκρασία για να εντοπίσουν την ιδιότητα που μόλις περιγράψαμε, αλλά οι ερευνητές του MIT ξεκίνησαν από ένα πείραμα του 2023 που επιτρέπει τη χρήση ενός μαγνητικού πεδίου για να απαλλαγούν από την πρόβλεψη της ύπαρξης μη-Αβελιανών ημι-σωματιδίων που προκύπτουν από την κατάτμηση του φορτίου ενός ηλεκτρονίου. Μια σημαντική σημείωση: τα ημι-σωματίδια που ανακαλύφθηκαν στο πείραμα του 2023 είναι αβελιανά, αλλά αυτά που προβλέπουν οι Φυσικοί του ΜΙΤ είναι μη αβελιανά και είναι εξαιρετικά εξωτικά.

Ο Liang Fu, καθηγητής στο Τμήμα Φυσικής του ΜΙΤ και επικεφαλής αυτής της έρευνας, εξηγεί γιατί αυτά τα σωματίδια είναι τόσο ελπιδοφόρα:

Τα μη αβελιανά ημι-σωματίδια έχουν την εκπληκτική ικανότητα να θυμούνται τις τροχιές τους στο συνεχή χωροχρόνο και αυτό το φαινόμενο μνήμης μπορεί να είναι χρήσιμο για την κβαντική πληροφορική. Τα πειράματα του 2023 για την κλασματοποίηση των ηλεκτρονίων ξεπέρασαν κατά πολύ τις θεωρητικές προσδοκίες. Το συμπέρασμά μου είναι ότι εμείς οι θεωρητικοί πρέπει να είμαστε πιο τολμηροί.

Ένας άλλος ερευνητής, ο Ryan Wilkinson, εξηγεί πόσο ανατρεπτικά θα μπορούσαν να είναι στο μέλλον τα υποτιθέμενα qubits που κατασκευάζονται με μη αβελιανά ημι-σωματίδια:

Εάν αυτή η πρόβλεψη επιβεβαιωθεί πειραματικά, θα μπορούσε να μας επιτρέψει να κατασκευάσουμε πιο αξιόπιστους κβαντικούς υπολογιστές, ικανούς να εκτελούν ένα ευρύτερο φάσμα εργασιών. Οι θεωρητικοί έχουν ήδη επινοήσει τρόπους για να εκμεταλλευτούν τις μη αβελιανές καταστάσεις ως λειτουργικά qubits και να χειραγωγήσουν τις διεγέρσεις αυτών των καταστάσεων ώστε να καταστεί δυνατή η αξιόπιστη κβαντική πληροφορική.

Ακούγεται πολύ ελπιδοφόρο, αλλά θα πρέπει να επιβεβαιωθεί και πειραματικά.

[via]