В последних изданиях журналов Nature и Science ученые из Вашингтонского университета сообщили об открытии перспективных топологических кубитов - энионов
Новое открытие может иметь большое значение для развития топологических квантовых вычислений, которые были предложены российским физиком Алексеем Китаевым. До сих пор практическая реализация этих идей казалась затруднительной, но новые результаты открывают путь к преодолению этой проблемы.
Топологические квантовые вычисления основаны на использовании топологических кубитов, которые отличаются от обычных кубитов своей высокой устойчивостью к воздействию внешних возмущений. То есть даже при наличии большого количества кубитов в системе, квантовая система будет сохранять свою стабильность и защищенность от ошибок. Алексей Китаев предложил использовать двумерные топологические фазы с анионами, где наблюдается дробный квантовый эффект Холла (FQAH).
Однако до сих пор не удавалось достичь практической реализации этих идей. Проблема заключается в том, что полупроводниковые структуры, в которых наблюдается квантовый эффект Холла, не обладают необходимым качеством. Разработка таких структур требует значительных усилий и все еще находится на начальной стадии развития.
Недавние результаты исследований американских ученых представляют собой значительный прогресс в этой области. Они обнаружили надежные признаки дробного эффекта Холла, который является ключевым элементом для создания отказоустойчивых кубитов. Это было достигнуто путем эксперимента, в котором использовались две "чешуйки" теллурида молибдена (MoTe2). Пластины были слегка повернуты друг относительно друга, чтобы создать муаровую структуру. В результате возникла экзотическая форма материи с особыми свойствами.
Например, структура проявила магнетизм без приложения внешнего магнитного поля. И если в обычных условиях для возникновения квантового эффекта Холла требуются сильнейшие магнитные поля, что ставит крест на практической ценности явления, то в новом состоянии вещества внутренний магнетизм привёл к возникновению этого эффекта и к появлению энионов (к «расщеплению» заряда взаимодействующих электронов на дробные и устойчивые части). Из этого возникает устойчивость кубитов и возможность их связанного или запутанного состояния — то, что нужно для устойчивых квантовых вычислений.
Более того, предложенная платформа обещает помочь в исследовании других не менее экзотических квазичастиц, также предложенных Китаевым в кандидаты топологических кубитов — неабелевых энионов.
По материалам Involta