Microsoft i Majorana Fermioni: Upropaštavanje granica kvantne mehanike
Microsoft je na uzbudljivom putu istraživanja kvantne tehnologije kroz sintetičko ostvarenje stanja poznatog kao Majorana fermion, koji se pojavljuje u obliku kvazipartice. Ova jedinstvena čestica, predložena prije gotovo 90 godina, intrigantna je zbog svoje osobine da je vlastita antičestica. To znači da će se dva Majorana fermiona uništiti jedan drugoga kada se susretnu, što daje ovoj čestici poseban status u svijetu kvantne fizike.
Nanowire: Ključni element eksperimenta
U posljednjih nekoliko godina, Microsoftov tim istraživača usredotočio se na razvoj vrlo tanke žice, poznate kao “Nanowire”, koja je izrađena od indij arsenida, poluvodiča koji igra ključnu ulogu u ovom eksperimentu. Ova žica postavlja se u blizini aluminija, koji postaje superprovodnik kada se hladi blizu apsolutne nule. Kroz ovo fizičko postavljanje, moguće je ostvariti superprovodljivost unutar Nanowirea, što stvara potencijal za stvoriti Majorana fermione.
Interesantna svojstva elektrona
Uobičajeni elektroni obično se pariraju, pa je stvaranje neparnih elektrona nešto što bi se moglo činiti nevjerojatnim. Međutim, u ovim specifičnim uvjetima, elektron se teoretski može “sakriti”, dok bi svaka polovica bila smještena na suprotnim krajevima žice. Ovi složeni entiteti, poznati kao Majorana nula modovi, imaju potencijal za intrinzičnu stabilnost. Biti u mogućnosti održati pola elektrona predstavlja intrigantan koncept koji bi mogao iz temelja promijeniti naše razumijevanje kvantne fizike.
Teorijska razmatranja
Prema riječima theoretical fizičara Sankara Das Sarma s Univerziteta Maryland, ova stabilnost pruža značajnu prednost. “Ne možete uništiti pola elektrona, zar ne?” ističe on. “Ako pokušate uništiti pola elektrona, ostaje još pola elektrona. To nije dopušteno.” Ova teoretska perspektiva ukazuje na to da bi Majorana fermioni mogli imati primjenu u budućim kvantnim računalnim sistemima.
Eksperimentalni napredak u istraživanju
U 2023. godini, Microsoftov tim objavio je rad u časopisu Fizički pregled B, koji ukazuje na to da je njihov sustav proći kroz specifičan protokol zamišljen za procjenu prisutnosti Majorana nula modova. Istraživači su u publikaciji Priroda izvijestili da su uspjeli “pročitati” informacije iz ovih nanovova, konkretno, da li se Majorana nula modovi skrivaju na krajevima žica. Otkrivanje ovih modova predstavlja ključni korak koji može ukazivati na dodatni, neparni elektron unutar žice.
Mjerenja i kvantni sistemi
Kako bi se točno utvrdilo postoje li Majorana fermioni, Nayak ističe da je tim istraživača pokazao uspješnu metodu mjerenja broja elektrona u Nanowireu. “Da biste mogli reći postoji li 10 milijuna ili 10 milijuna i jedan elektroni,” kaže Nayak. Ova razina preciznosti važna je jer Microsoft nastoji koristiti ove parove stanja – čak ili neparni broj elektrona – kao osnovu za kvbite u svojim kvantnim računalima.
Mogućnosti stvaranja kvanta
Ako se ispostavi da ovi kvazipartikli postoje, teoretski će biti moguće “pletene” četiri Majorana nula moda zajedno kroz dva nanovoda, provodeći specifična mjerenja u određenom redoslijedu. Ovaj proces mogao bi rezultirati “qubit-om” koji sadrži mješavinu stanja, uključujući i neobične kvantne osobnosti. Nayak tvrdi da je tim već stvorio kvantni sustav s dvije razine i trenutno radi na daljnjim analizama rezultata.
Vanjsko mišljenje i budućnost istraživanja
Istraživači izvan Microsofta su oprezni u vezi s rezultatima koje tim teoretski tvrdi. Travis Humble, direktor Kvantnog znanstvenog centra u Nacionalnom laboratoriju Oak Ridge, smatra da su ti rezultati ohrabrujući, ali napominje da još uvijek treba mnogo rada kako bi se potvrdilo postojanje topoloških kvbita. “Još nije dovoljno tvrditi da su stvorili topološke qubite,” ističe Humble. Iako situacija može izgledati obećavajuće, proces potvrđivanja zahtijeva dodatno istraživanje i validaciju.
