Új részecskék jöhetnek, teljesen átalakulhat a kvantumszámítógépek világa

A kvantumszámítógépek ígéretesek, hiszen olyan problémákat oldhatnak meg, amelyek messze túlmutatnak a hagyományos számítógépek lehetőségein. Mindez a kvantumfizika elvein, például a szuperpozíción alapul: egy kvantumbit, azaz qubit egyszerre lehet 0 és 1, hasonlóan Schrödinger híres gondolatkísérletéhez, ahol a macska egyszerre élő és halott. Fontos megjegyezni, hogy a qubitek rendkívül sérülékenyek – a legkisebb környezeti zavar is tönkreteheti a kvantumállapotukat, ez pedig megnehezíti stabil kvantumszámítógépek építését.

Az elfelejtett részecskék visszatérnek

Egy friss kutatásban matematikusok visszanyúltak egy korábban mellőzött matematikai elmélethez, és új életre keltettek egy különleges álrészecskét, az Ising-anyont (Ising anyon). Ehhez egy eddig félretett „részecskét” használtak fel, amelyeket most neglectonnak neveztek el. Az Ising-anyonok csak kétdimenziós rendszerekben léteznek, és a topologikus kvantumszámítás alapjait adják: ezek az anyonok az információt nem magukban a részecskékben, hanem abban tárolják, ahogyan összefonódnak, „fonatolódnak” egymással. Ettől függetlenül jelentős hátrányuk, hogy önmagukban nem képesek univerzális számításokra – olyan, mintha egy billentyűzeten csak a gombok fele lenne meg.

Szokatlan matematika, új lehetőségek

A kutatók most egy „nem-félig sima topologikus kvantumtérelmélet” nevű elmélethez fordultak, amely a szimmetriákat vizsgálja matematikai objektumokban, sőt, a részecskék „kvantumdimenzióját” is másként értelmezi. Ha egy részecske dimenziója nulla, azt eddig kihagyták a számításból – de most megtalálták a módját, hogy ezeknek a részecskéknek, a neglectonoknak is értelmet adjanak. Kiderült, hogy már egyetlen neglecton hozzáadásával az Ising-anyon képes lesz univerzális számításokra pusztán a fonatolás révén.

Miért ilyen különlegesek az anyonok?

Három dimenzióban például az elektronok összefonódása szétbontható, de kétdimenzióban nincs „alatta” vagy „fölötte” – a fonatok nem oldhatók le egymásról, ami egészen újfajta fizikát eredményez. Ezért képesek az anyonok biztonságosan kódolni az információt, védve maradnak a külső zajtól. A legnagyobb előnyük, hogy a kvantumszámítás szuperpozíciói a fonat alakjától függenek, nem a részecskék pontos helyétől.

Új utak a kvantumszámításban

Ennek fényében nem feltétlenül kell egzotikus új anyagokat vagy részecskéket keresni: lehet, hogy csak a jól ismert rendszerekhez kell szokatlan szemszögből, új matematikai módszerekkel közelíteni. Ez nyithatja meg az utat a valóban stabil, univerzális kvantumszámítógépek előtt.

2025, adminboss, www.livescience.com alapján