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
Проект «Спорт на селе» запущен на площадке ПМЭФ-2025 Российским союзом сельской молодежи совместно с Минспорта РФ20:14Fix Price подарил Петрозаводску сиреневую аллею10:03Эксперты ​​«X5 Клуба» назвали популярные привычки и лайфхаки россиян для оптимизации кухонного хозяйства20:49Маркетинговые войны: как асбест превратили в страшилку для потребителя19:02Грандиозный праздник добра: в Ярославле стартует кинофестиваль «В кругу семьи»22:49Уникальный видеодокумент о великом подвижнике Александре Ермакове представили в ВК19:04Беспилотные технологии в армии: новый этап военной революции22:03РБК: На стенде «Уралхима» на ПМЭФ экспонируется подлинный орден «Победа»17:53«Русская Медиагруппа» стала инфопартнёром VI Семейного образовательного форума Агутина16:04Знаковое для музыкальной индустрии и для большого артиста событие. Дима Билан презентовал свой новый альбом «Vector V»09:57В «X5 Клуб» рассказали о сотрудничестве с Московским зоопарком11:26Выставка «Креативные решения экологических проблем» в московском экоцентре Сборка20:50Спрос на недвижимость летом начнет расти00:50ЮАЗ и ТД «Руст-95» провели благотворительный праздник для детей в Оренбурге20:25Круглый стол «Art Law. Искусство и право: XXI век» прошёл в Государственном Эрмитаже16:52Российские ИТ-лидеры создают центр компетенций для поддержки цифрового бизнеса20:26Внедрение цифровых технологий в работу торговых компаний: как инновационные решения меняют облик малого бизнеса20:03Infoway Marketing: Презентация технологий в Дубае повысила привлекательность акций холдинга Si14 AG19:58
Популярные новости
Выбор редакции