Como as partículas de Majorana poderiam ser usadas para melhorar os computadores quânticos?

Este recente comunicado à imprensa alegando que medições aprimoradas aproximam mais do que nunca a prova final das partículas de Majorana , que resume os resultados de um artigo recente da Nature simplesmente intitulado " Condutância quantificada de Majorana " que

Graças às suas características físicas únicas, as partículas de Majorana são muito mais estáveis ​​que a maioria dos outros qubits.

Por que esse seria o caso (em teoria, pelo menos). A abordagem dos qubits com partículas de Majorana é considerada válida ou eles estão cercados de ceticismo?

Majoranas são anyons (um tipo de quasipartículas que se comportam de maneira diferente de férmions e bósons) e, portanto, estão relacionadas à idéia de computação quântica topológica . Isso significa que uma boa implementação deve ter propriedades que ajudem a lidar com o ruído incorporado. O principal problema é que é difícil preparar sistemas físicos que se comportam como partículas de Majorana.

Uma maneira de construir Majoranas é com nanofios supercondutores. Esse é o tipo ao qual o comunicado de imprensa e o jornal estão se referindo. Será que eles realmente funcionam bem? Veremos. Eles serão melhores que outros qubits? Veremos.

Outra maneira de construir Majoranas é através da deformação de código em códigos de superfície (uma família bem estudada de códigos de correção de erros quânticos). Exemplos podem ser encontrados neste artigo (do qual sou autor): Abrir furos e cortar cantos para alcançar os portões de Clifford com o código de superfície . Isso provavelmente funcionará muito bem. Porém, eles não terão muitas vantagens em relação a métodos mais comuns, porque o uso de defeitos em códigos de superfície é o método mais comum (sejam eles Majoranas ou não).

Existem outras maneiras de enganar Majoranas para que existam. Mas, tanto quanto eu sei, ninguém está sendo perseguido ativamente.

Ouvi uma analogia interessante que esclareceu a situação para mim, então vou compartilhar aqui. Os férmions de Majorana são baseados topologicamente; vejamos que tipo de topologia "significa".

A topologia olha para a foto maior. Se você tem um balão, não importa o quanto você o exploda, tire o ar ou amarre-o em nós (se você é um artista de balão), ele ainda não possui orifícios. Ter buracos tornaria fundamentalmente diferente. Você pode esticar, encolher e torcer uma esfera o quanto quiser, mas nunca vai se transformar em um donut. Porém, se você fizer um donut, poderá transformá-lo em todo tipo de coisa com buracos - mas nunca poderá fazer algo sem buracos, como uma esfera, ou com dois ou mais buracos.

Outro exemplo de topologia olhando para a foto maior. Pegue um balão (novamente) e aumente o zoom na superfície. Embora o balão seja curvado quando você diminui o zoom, quando você aumenta o zoom, parece um plano euclidiano 2-d. Se você aumentar o zoom em um círculo, ele se parecerá com um plano euclidiano 1-d. As pequenas voltas e reviravoltas não importam em topologia.

Vamos trazer isso de volta para os férmions de Majorana. Vamos imaginar um sistema no qual estamos registrando se o elétron gira em torno de uma árvore ou não. Não importa se o elétron tem um caminho de noz realmente ondulado ou apenas um caminho circular simples - ele ainda gira.

O ruído introduzido nesses sistemas pode tornar o caminho do elétron irregular ou não, mas na verdade não importa . Ainda dá voltas. É aí que reside a vantagem dos férmions de Majorana - o barulho não a afeta.

Obviamente, isso não é rigoroso; Vou tentar acrescentar mais informações, pois tenho tempo.