Bagaimana partikel Majorana dapat digunakan untuk meningkatkan komputer kuantum?

Siaran pers baru-baru ini mengklaim bahwa Pengukuran yang ditingkatkan membawa bukti akhir partikel Majorana lebih dekat dari sebelumnya , yang merangkum hasil dari sebuah makalah baru-baru ini di Nature hanya berjudul " Kuantitas konduktansi Majorana " mengklaim bahwa

Berkat karakteristik fisiknya yang unik, partikel-partikel Majorana jauh lebih stabil daripada kebanyakan qubit lainnya.

Mengapa demikian (dalam teori, setidaknya). Apakah pendekatan terhadap qubit dengan partikel Majorana dianggap sah, atau apakah mereka dikelilingi oleh skeptisisme?

Majoranas adalah anyon (sejenis partikel semu yang berperilaku berbeda dari fermion dan boson), dan juga terkait dengan gagasan perhitungan kuantum topologis . Ini berarti bahwa implementasi yang baik harus memiliki sifat yang membantu menangani kebisingan yang dibangun. Masalah utama mereka adalah sulitnya menyiapkan sistem fisik yang berperilaku sebagai partikel Majorana.

Salah satu cara membangun Majoranas adalah dengan kawat nano superkonduktor. Ini adalah jenis yang dirujuk oleh siaran pers dan kertas. Apakah ini benar-benar berfungsi dengan baik? Kita akan melihat. Akankah mereka lebih baik daripada qubit lain? Kita akan melihat.

Cara lain untuk membangun Majoranas adalah dengan melakukan deformasi kode pada kode permukaan (keluarga yang dipelajari dengan baik kode koreksi kesalahan kuantum). Contoh dapat ditemukan dalam makalah ini (di mana saya adalah seorang penulis): Mencungkil lubang dan memotong sudut untuk mencapai gerbang Clifford dengan kode permukaan . Ini mungkin akan bekerja dengan cukup baik. Mereka tidak akan memiliki banyak keunggulan dibandingkan metode yang lebih utama, karena menggunakan cacat pada kode permukaan adalah metode yang paling utama (apakah itu adalah Majoranas atau tidak).

Ada beberapa cara lain untuk mengelabui Majoranas. Tapi sejauh yang saya tahu, tidak ada yang secara aktif dikejar.

Saya mendengar analogi yang menarik yang menjelaskan situasi bagi saya, jadi saya akan membagikannya di sini. Fermion Majorana berbasis topologi; mari kita lihat apa jenis "arti" topologi.

Topologi melihat gambaran yang lebih besar. Jika Anda memiliki balon, tidak peduli seberapa besar Anda meledakkannya, mengeluarkan udara, atau mengikatnya dengan simpul (jika Anda seorang seniman balon), balon itu masih tidak memiliki lubang di dalamnya. Memiliki lubang akan membuatnya berbeda secara mendasar. Anda dapat meregangkan dan mengecilkan serta memutar bola yang Anda inginkan, tetapi itu tidak akan pernah berubah menjadi donat. Namun, jika Anda menggunakan donat, Anda dapat memintanya menjadi berbagai macam hal dengan lubang - tetapi Anda tidak akan pernah bisa membuat sesuatu tanpa lubang, seperti bola, atau dengan dua lubang atau lebih.

Contoh topologi lain melihat gambar yang lebih besar. Ambil balon (lagi) dan perbesar permukaannya. Meskipun balon melengkung ketika Anda memperkecil, ketika Anda memperbesar, sepertinya pesawat Euclide 2-d. Jika Anda memperbesar lingkaran, sepertinya bidang Euclidean 1-d. Liku-liku kecil tidak penting dalam topologi.

Mari kita bawa ini kembali ke fermion Majorana. Mari kita bayangkan sebuah sistem tempat kita mendaftar jika elektron berjalan di sekitar pohon atau tidak. Tidak masalah apakah elektronnya memiliki jalur yang benar-benar berlekuk-lekuk atau hanya jalur melingkar yang sederhana - itu masih berputar.

Kebisingan yang diperkenalkan dalam sistem ini mungkin membuat jalur elektron berlekuk atau tidak, tetapi sebenarnya tidak masalah . Masih berputar. Di situlah letak keuntungan dari fermion Majorana - kebisingan tidak mempengaruhinya.

Jelas ini tidak ketat; Saya akan mencoba untuk menambahkan lebih banyak yang menjelaskan itu karena saya punya waktu.