Wie könnten Majorana-Teilchen verwendet werden, um Quantencomputer zu verbessern?

In dieser kürzlich veröffentlichten Pressemitteilung, in der behauptet wird, dass verbesserte Messungen den endgültigen Beweis von Majorana-Partikeln näher als je zuvor bringen , werden die Ergebnisse eines kürzlich in Nature veröffentlichten Artikels mit dem Titel " Quantisierte Majorana-Leitfähigkeit " zusammengefasst

Aufgrund ihrer einzigartigen physikalischen Eigenschaften sind Majorana-Partikel viel stabiler als die meisten anderen Qubits.

Warum sollte dies der Fall sein (zumindest theoretisch)? Wird die Herangehensweise an Qubits mit Majorana-Partikeln als gültig angesehen oder sind sie von Skepsis umgeben?

Majoranas sind Anyons (eine Art von Quasiteilchen, die sich anders verhalten als Fermionen und Bosonen) und stehen daher im Zusammenhang mit der Idee der topologischen Quantenberechnung . Dies bedeutet, dass eine gute Implementierung Eigenschaften aufweisen sollte, die beim Umgang mit eingebautem Rauschen helfen. Ihr Hauptproblem besteht darin, dass es schwierig ist, physikalische Systeme herzustellen, die sich wie Majorana-Partikel verhalten.

Eine Möglichkeit, Majoranas zu bauen, sind supraleitende Nanodrähte. Dies ist die Art, auf die sich die Pressemitteilung und das Papier beziehen. Funktionieren diese tatsächlich gut? Wir werden sehen. Werden sie besser sein als andere Qubits? Wir werden sehen.

Eine andere Möglichkeit, Majoranas zu erstellen, besteht darin, eine Code-Verformung in Oberflächencodes durchzuführen (eine gut untersuchte Familie von Quantenfehlerkorrekturcodes). Beispiele finden Sie in diesem Artikel (von dem ich Autor bin): Löcher stechen und Ecken schneiden, um Clifford-Tore mit dem Oberflächencode zu erzielen . Diese werden wahrscheinlich ziemlich gut funktionieren. Sie werden nicht viel in der Art von Vorteilen gegenüber Mainstream - Methoden haben aber, weil Defekte in den Oberflächen - Codes ist die Mainstream - Methode (ob sie Majoranas oder nicht).

Es gibt andere Möglichkeiten, wie wir Majoranas dazu bringen könnten, zu existieren. Aber soweit ich weiß, werden keine aktiv verfolgt.

Ich habe eine interessante Analogie gehört, die etwas Licht in die Situation für mich gebracht hat, deshalb werde ich sie hier teilen. Majorana-Fermionen basieren topologisch; Schauen wir uns an, was Topologie "bedeutet".

Die Topologie betrachtet das Gesamtbild. Wenn Sie einen Ballon haben, egal wie viel Sie ihn sprengen, Luft herausnehmen oder in Knoten binden (wenn Sie ein Ballonkünstler sind), hat er immer noch keine Löcher. Löcher zu haben würde es grundlegend anders machen. Sie können eine Kugel strecken, schrumpfen und drehen, was Sie wollen, aber sie wird niemals zu einem Donut. Wenn Sie jedoch einen Donut nehmen, können Sie ihn mit Löchern in alle möglichen Dinge verwandeln - aber Sie können niemals etwas ohne Löcher wie eine Kugel oder mit zwei oder mehr Löchern herstellen.

Ein weiteres Beispiel für eine Topologie im Gesamtbild. Nehmen Sie (wieder) einen Ballon und zoomen Sie auf seine Oberfläche. Obwohl der Ballon beim Verkleinern gekrümmt ist, sieht er beim Vergrößern wie eine euklidische 2D-Ebene aus. Wenn Sie einen Kreis vergrößern, sieht er aus wie eine euklidische 1-d-Ebene. Die kleinen Drehungen und Wendungen spielen in der Topologie keine Rolle.

Lassen Sie uns dies zurück zu den Majorana-Fermionen bringen. Stellen wir uns ein System vor, in dem wir registrieren, ob das Elektron einen Baum umgibt oder nicht. Es spielt keine Rolle, ob das Elektron einen wirklich schnörkellosen, nussigen Pfad oder nur einen einfachen Kreisweg hat - es geht immer noch herum.

Das in diese Systeme eingebrachte Rauschen könnte den Weg des Elektrons verschnörkeln oder nicht, aber es spielt eigentlich keine Rolle . Es geht immer noch herum. Hier liegt der Vorteil der Majorana-Fermionen - der Lärm beeinflusst sie nicht.

Offensichtlich ist dies nicht streng; Ich werde versuchen, mehr hinzuzufügen, das Licht ins Dunkel bringt, wenn ich Zeit habe.