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
Эксперты «X5 Клуба» выяснили самые популярные вкусы лапши у россиян08:48Пятнадцать лет света: как психологический центр «Свет Маяка» помогает людям находить путь к себе08:09Каскадер Игорь Панин и художник Алексей Сергиенко просят власти сохранить Парк КиноПриключений14:28Intelion стал членом Российского газового общества13:53Импорт стоматологических материалов в 2025 году: что доступно стоматологам и пациентам22:04В Москве пройдет фестиваль социальных предпринимателей «Импульс добра»20:37На «Конгрессе индустрии детских товаров-2025» BMJ-Logistics представит способы маркировки товаров для импортеров16:38Fix Price посадит деревья на территории детской больницы в Пскове00:52Тренды сезона: 4 бренда с Московской недели моды 2025, которые стоит изучить11:48Виктория Данилина: Наследие прошлого: как формируются сценарии поведения13:25Энергия игры: Как прошла презентация UGREEN x Genshin Impact в Москве22:46Ретроспектива Студии Ивана Старостина состоялась в Московской консерватории00:31Три миллиона поклонников и хитовые треки: МИМИКА на пути к звёздному статусу23:13В Фонде «Родина» рассказали, как мошенники обманывают семьи участников СВО13:54Столичный бизнесмен выложил 5 млн рублей за копию портрета «Путин в очках» на фоне ромашек18:25Названы лучшие представители спортивной отрасли Петербурга20:00Эксперты «X5 Клуба» выяснили, как россияне относятся к скидкам13:49Продукция отечественного производителя шин расширяет присутствие в корпоративном сегменте02:07
Популярные новости