Показать меню
08 окт 16:16Политика

Физики будут следить за слабыми случайными колебаниями тока, чтобы зарегистрировать неуловимые «майорановские моды»

Физики будут следить за слабыми случайными колебаниями тока, чтобы зарегистрировать неуловимые «майорановские моды»

Ученые предложили измерять спонтанные отклонения тока, или так называемый дробовой шум, для детектирования микроскопических потоков тепла и особых квантовых состояний — нулевых майорановских мод. Их обнаружение приведет к созданию новых квантовых компьютеров, которые способны не только осуществлять большое количество одновременных вычислений, но и устойчивы к любым искажениям и помехам окружающей среды. Работа была поддержана Российским научным фондом (РНФ) и опубликована в журналах Physical Review B и Semiconductor Science and Technology, кратко о ее итогах сообщается в пресс-релизе РНФ.

Этторе Майорана — итальянский физик, в честь которого названы загадочные майорановские моды, — бесследно и необъяснимо пропал в 1938 году. Однако до исчезновения он успел опубликовать одно из возможных решений знаменитого уравнения Дирака — фундаментального уравнения квантовой механики, соединившего теорию относительности и волновую природу частиц со свойством собственного вращения (спином). Майорана описал частицу, одновременно являющуюся собственной античастицей — двойником с той же массой и спином, но с остальными характеристиками противоположного знака. Если одна и та же частица заряжена положительно и в то же время отрицательно, то ее общий электрический заряд должен быть равен нулю. Аналогично и с остальными свойствами, следовательно, нет вообще никаких способов их измерения. Зато таинственные гипотетические «майораны» обязаны иметь необычные и перспективные для науки качества. Это выходило за рамки представлений обычной физики, но дало начало новому направлению сложнейших фундаментальных исследований.

Ученые из Института физики твердого тела имени Ю. А. Осипьяна (Черноголовка) с коллегами из Сколковского института науки и технологий (Москва), Принстонского университета и Института Вальтера Шоттки развивают оригинальный способ обнаружения нулевых майорановских мод — сложно достижимых состояний, в которых «майораны» могут иметь очень низкую (нулевую) энергию.

«Майорановские моды, предсказанные известным физиком Алексеем Китаевым еще 20 лет назад, могли бы стать основой квантовых компьютеров нового типа. Весьма интенсивные их поиски хотя и привели к настоящему технологическому прорыву, но всё же пока не увенчались успехом. Во многом это связано с тем, что так называемые "майораны" не обладают ни зарядом, ни спином, а их ключевое свойство — нелокальность — сложно продемонстрировать привычными экспериментальными методами», — рассказывает один из авторов исследования Вадим Храпай, кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией электронной кинетики Института физики твердого тела РАН.

Под нелокальностью понимается то свойство, что можно повлиять на объект, непосредственно с ним не взаимодействуя, как если бы нажатие на выключатель зажгло просто лежащую на столе лампочку — по сути, сигнал передается туда, где его ожидать нельзя.

Почти такой «невероятный» эксперимент провели авторы работы: они пропускали электричество по полупроводниковой проволоке толщиной менее 100 нанометров от одного контакта к другому, однако на пути тока находился сверхпроводник. Этот материал при низкой температуре не обладает сопротивлением, а потому носители зарядов должны утекать по нему, как по более «удобному» пути, не достигая конечной точки. Однако в ходе эксперимента физики обнаружили тепловой (вроде бы «невозможный», а потому нелокальный) сигнал и на втором контакте, то есть исходный поток разделился: электрический заряд отправился в сверхпроводник, а тепло — дальше по проволоке.

Обнаружить тепловой сигнал исследователям удалось, наблюдая за очень слабыми случайными колебаниями электрического тока, известными как дробовой шум. Такое название отражает современные представления о том, что заряд электрона неделим, а значит, протекание электрического тока похоже не на сплошную струю воды, а на поток дождя, в котором каждая капля (или дробинка) несет элементарный заряд. Удивительно, но шум такого «дождя» подскажет, какого размера каждая капля.

«Часто для обнаружения физического эффекта мы измеряем электрический ток, то есть среднюю величину заряда, протекающего в единицу времени. В случае, например, майорановских частиц, такой подход совершенно неэффективен, поскольку каждая частица рождает положительный или отрицательный заряд с равной вероятностью. Зато, регистируя шумы, можно измерить полное количество зарядов и величину переносимого ими тепла и уже таким образом "поймать" эту неуловимую майорану. Подобный скрытый эффект не только красив сам по себе, но и мог бы оказаться полезным при разработке особо устойчивых квантовых компьютеров», — объясняет Вадим Храпай.

По материалам: polit
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Введите два слова, показанных на изображении: *
Лента новостей
Источник инфракрасного излучения рекордной интенсивности создан на основе иттербия13:48Родство древних японцев эпохи Дзёмон и первых американцев не подтверждается строением зубов и ДНК13:16Очень Большой телескоп сфотографировал 42 крупнейших астероида Солнечной системы14:32Российский физик предложил объяснение «псевдощелевой фазы» у сверхпроводников13:32Подводные электрические кабели вводят крабов в транс14:48Итальянское блюдо XVI века установило рекорд на аукционе12:16Синтезатор или пианино07:59Упоминание о Северной Америке нашли в итальянской хронике XIV века14:00Норвежский ледник сохранил лыжу возрастом 1300 лет11:16Физики будут следить за слабыми случайными колебаниями тока, чтобы зарегистрировать неуловимые «майорановские моды»16:16Комплексное соединение рения позволит обнаружить опухоли и ишемию на ранней стадии09:32Белковые добавки — выращивание и продукты из насекомых08:07Вещество растительного происхождения уменьшает поражение мозга при болезни Альцгеймера15:32Жившая 16 миллионов лет назад тихоходка сохранилась в янтаре12:32Имплантируемое в мозг устройство спасает от тяжелой депрессии15:16Котельный завод «РЭП» г.Барнаул – производитель твердотопливных промышленных котлов11:35На западе Англии найдена статуэтка богини Венеры римского времени10:48Космический аппарат BepiColombo провел первый гравитационный маневр у Меркурия16:00