Математика закрывает путь квантовому компьютеру на частицах-двойниках ✛

Оригинал: "Bogoliubov quasi-particles in superconductors are integer-charged particles inapplicable for braiding quantum information"
· Zhiyu Fan, Wei Ku
arXiv:2509.09663 · 2025-09-11 · CC BY 4.0 · 1 мин
Математическое доказательство лишает физиков надежды на частицы-двойники в сверхпроводниках — ключ к защищённому квантовому компьютеру.

Физики давно искали частицы, которые являются собственными античастицами — майорановские фермионы. Они должны были стать идеальными «зеркальными двойниками», неуязвимыми для помех. Такие состояния подозревали в сверхпроводниках — материалах, где ток течёт без сопротивления. Считалось, что «плетение» их траекторий защитит квантовый компьютер от ошибок.

Однако строгое доказательство разбивает это зеркало. В системе с постоянным числом частиц любое возбуждение несёт тот же заряд, что и обычные электроны. Эти состояния — не загадочные двойники, а всё те же электронные сгустки. Даже теория сверхпроводимости Бардина, Купера и Шриффера изначально строилась на парах, а не на одиноких «близнецах».

Теперь под вопросом не только квантовые вычисления, но и сама полнота теории сверхпроводимости. Возможно, придётся искать новый подход, который не нарушал бы закон сохранения числа частиц. Это важно и для понимания сверхпроводимости внутри нейтронных звёзд. А попытки создать майорановские моды нагревом или магнитным полем сродни надежде собрать мозаику, тряся коробку — хаос разрушает хрупкий порядок.

Идея использовать майорановские моды для квантовых вычислений принадлежит Алексею Китаеву (2001 г.). Он показал, как их «плетение» могло бы работать как логические операции.

\Delta N = 1
Собственные частицы всегда увеличивают число частиц ровно на единицу, то есть несут целый заряд.
\dim \mathcal{H}_{M,L} = C_L^M
Размерность вырожденного подпространства для M квазичастиц на L вихрях равна числу сочетаний C_L^M, а не 2^{L/2}, что исключает неабелеву статистику.
Учёные
Emmy NoetherSatyendra Nath BoseAlbert EinsteinWolfgang PauliEnrico FermiPaul Dirac
Понятия
моды Майораны плетение неабелевы анионы сверхпроводящий кубит топологическая сверхпроводимость граница Холево фермионы Майораны полупроводниковые кубиты бозон энион топологические квантовые вычисления квантовый процессор IBM зарядовый кубит скирмион принцип Паули эффект Ааронова — Бома теорема о запрете клонирования топологические квантовые вычисления рубидий логический кубит