Квантовый мусор оказался недостающим элементом: учёные шокированы открытием

Команда ученых из Университета Южной Калифорнии предложила необычное решение фундаментальной проблемы квантовых вычислений. Как выяснилось, к хорошо известным анионам Изинга — частицам, активно исследуемым в контексте топологических квантовых компьютеров — можно добавить одну ранее игнорируемую частицу, чтобы получить универсальную вычислительную систему. Результаты исследования опубликованы в Nature Communications.

Проблема ограниченности анионов Изинга

Современные квантовые компьютеры уязвимы из-за крайней чувствительности кубитов к внешним возмущениям. Топологический подход предлагает решение: информация кодируется не в состоянии частиц, а в геометрии их движения — например, в переплетениях траекторий на двумерной плоскости. Для этого перспективны так называемые анионы, в частности — анионы Изинга.

Однако у них есть серьёзный недостаток: ограниченный набор логических операций. Даже если такие анионы успешно реализуются физически, без дополнительных компонентов они не могут выполнять все необходимые вычисления для универсального квантового компьютера.

Неглектон — "мусор", оказавшийся ключом

Под руководством математика Аарона Лауды учёные обратились к теоретическим частицам, ранее считавшимся математически бесполезными — неглектонам (от neglect — пренебрегать). Эти объекты появляются в продвинутых алгебраических теориях и обладают нулевым квантовым следом, из-за чего ранее не включались в физические модели.

"Мы нашли способ использовать то, что прежде считалось математическим мусором", — объясняет Лауда.

Исследование показало: если разместить неподвижный неглектон в центре, а вокруг него манипулировать анионами Изинга, можно реализовать все необходимые квантовые логические операции. Таким образом, система становится универсальной — то есть пригодной для любых квантовых вычислений.

Перспективы и вызовы

Теперь задача — найти или создать материалы, в которых можно реализовать неглектон в физическом виде. Пока он существует только в математических моделях, но если удастся воплотить его в квантовом материале, это может стать решающим прорывом для квантовых технологий.

"Мы могли бы построить универсальный квантовый компьютер из уже изученных частиц — всё, что не хватало, это один "невидимый” элемент", — подытоживает Лауда.