Майорановский фермион это частица, которая служит своей собственной античастицей. Она существует в теории, но пока не найдена экспериментально.
Физики успешно работают с квазичастицами, имитирующими свойства такого фермиона. Они действуют так, будто фермионы Майораны реально существуют в твердых телах как коллективные возбуждения. Такие квазичастицы именуют майорановскими модами. Компания Microsoft возлагает на них надежды в процессе квантовых вычислений на своем новом чипе Majorana 1.
Эти фермионы связаны с моделью цепи Китаева. В особых условиях одномерная сверхпроводящая цепочка частиц или квазичастиц создает по одному изолированному фермиону Майораны на каждом конце, при этом общая энергия системы остается неизменной. Ученые уже создали короткие цепи Китаева из полупроводниковых нанопроволок с квантовыми точками. Длинную цепочку Китаева рассматривают как основу для разработки топологических кубитов, защищенных от локальных помех.
Чувствительность как преимущество
Исследователи изучили потенциал коротких цепочек Китаева. Они установили, что их высокая чувствительность это не недостаток, а ценное свойство.
Минимальные цепочки Китаева с нетопологическими майорановскими состояниями иногда называют "майорановским фермионом для бедных". Это связано с их ограничениями и отсутствием топологической защиты. Хотя это не полноценный фермион Майорана, такое состояние квантовой системы очень к нему близко.
Эти "бедные Майораны" чрезвычайно восприимчивы к локальным возмущениям. Ученые предлагают рассматривать эту уязвимость как уникальную особенность системы, пригодную для создания высокочувствительного квантового сенсора.
Минимальные цепочки и их поведение
"Мы исследуем минимальные цепочки всего из двух квантовых точек, соединенных сверхпроводящим участком. В такой цепочке две майорановские моды локализованы строго на концах только в одной определенной конфигурации. При других условиях они могут перекрываться, распределяться между точками или даже исчезать при малых изменениях электростатического потенциала", — пояснили исследователи.
Эффект перелива — основа новых устройств
Работа устройства базируется на эффекте перелива. При локальном воздействии волновая функция майорановской моды перемещается из одной квантовой точки в другую. Раньше перелив считали негативным эффектом, однако ученые доказали возможность его контроля через магнитную связь со спином другой частицы. Спектральная картина, возникающая при переливе, напрямую определяется квантовой природой спина исследуемой частицы, что позволяет идентифицировать ее тип.
Будущее квантовых сенсоров и вентилей
Ученые уверены: на этом эффекте можно создать эффективный сенсор. В перспективе реально построить квантовый логический вентиль, использующий эффекты переплетения и слияния, а также считывать квантовые состояния системы без их нарушения.
Источник: naked-science.ru
