В 1938 году гениальный ум загадочным образом исчез: после получения билета на паром из Палермо в Неаполь молодой итальянский физик Этторе Майорана словно исчез с лица планеты. Всего за несколько месяцев до этого он предложил особый вид частиц. Эти частицы должны были быть античастицами самих себя и не нести электрического заряда.
В последние годы среди физиков возобновился интерес к этим загадочным частицам, носящим имя их пропавшего изобретателя (исчезновение которого до сих пор не объяснено). Теоретически частицы можно использовать в качестве особо надежных квантовых битов в квантовых компьютерах.
Самым большим препятствием в создании таких компьютеров, которые обещают невероятную вычислительную мощность, является декогерентность — другими словами, тот факт, что возмущения из окружающей среды могут очень быстро разрушить чувствительные квантовые состояния, с помощью которых квантовые компьютеры выполняют вычисления. Однако если бы можно было использовать майорановские частицы в качестве квантовых битов, эта проблема была бы решена мгновенно, поскольку они обладают встроенным иммунитетом к декогеренции из-за своих особых свойств.
Беспорядок в очень тонких нанопроволоках может привести к результатам измерений, которые могут быть ошибочно истолкованы как доказательство майорановских частиц.
С помощью измерений проводимости эксперты Microsoft обнаружили аномалию, характерную для таких майорановских состояний, а также показали, что сверхпроводящие свойства комбинации сверхпроводник-нанопроволока реагируют на приложенное магнитное поле таким образом, что предполагает наличие так называемого магнитного поля. Это свойство называется топологической фазой.
В математике топологию можно проиллюстрировать, взглянув, например, на кофейную чашку с ручкой («дыркой»), которую теоретически можно превратить в пончик (который также имеет «дырку», так что оба они топологически равны), но не в сферу (без «дырки»). В частицах Майораны топология ответственна за столь желанный иммунитет к декогеренции.
Однако, в исследовании, опубликованном в научном журнале Physical Review Letters, исследователи из Базельского университета опровергли ожидания использования майорановских частиц для вычислений в ближайшем будущем. Команда показала, что результаты, опубликованные Microsoft в 2022 году, согласно которым в лабораториях компании были обнаружены майорановские частицы, в конце концов могут не выдержать критики.
Ученые математически смоделировали эксперименты Microsoft и попытались выяснить, могут ли измерения иметь другие — «тривиальные» на научном жаргоне — объяснения. Фактически исследователи из Базеля пришли к выводу, что и аномалия тока, и сверхпроводящие свойства могут быть воспроизведены небольшим количеством беспорядка из-за примесей внутри нанопроволоки.
Эти результаты ясно показывают, что беспорядок играет важную роль в таких экспериментах. Чтобы однозначно обнаруживать майорановские состояния, а также использовать их в квантовых компьютерах, со временем потребуются еще более чистые нанопровода. Это также означает, что в ближайшие несколько лет не будет недостатка в экспериментальных задачах.