Наиболее распространенными частицами являются электроны и фотоны, которые считаются представителями больших семейств фермионов и бозонов, к которым принадлежат все другие частицы в природе. Но есть и другая возможная категория частиц, так называемые анионы. Предсказано, что анионы возникают внутри материалов, достаточно малых, чтобы ограничивать волновую функцию электронного состояния, поскольку они возникают в результате коллективного танца множества взаимодействующих электронов.
Один из них называется нулевой модой Майорана, анионными двоюродными братьями майорановских фермионов, предложенных Этторе Майораной в 1937 году. Предполагается, что майораны, как ласково называют эти гипотетические анионы, будут проявлять множество экзотических свойств, таких как одновременное поведение частицы и античастицы. допуская взаимную аннигиляцию и возможность скрывать квантовую информацию , кодируя ее нелокально в пространстве. Последнее свойство особенно обещает отказоустойчивые квантовые вычисления.
С 2010 года многие исследовательские группы стремились найти Майорана. В отличие от элементарных частиц, таких как электрон или фотон, которые естественным образом существуют в вакууме, майорановские анионы необходимо создавать внутри гибридных материалов. Одна из наиболее перспективных платформ для их реализации основана на гибридных сверхпроводниково-полупроводниковых наноустройствах . За последнее десятилетие эти устройства были изучены с мучительной тщательностью в надежде однозначно доказать существование Майоранаса. Однако майораны — хитрые сущности, которые легко упустить из виду или спутать с другими квантовыми состояниями.
В новой статье, опубликованной в журнале Nature , ученые пролили дополнительный свет на тайну майорановской физики. Впервые к одному и тому же устройству одновременно были применены две хорошо зарекомендовавшие себя методики. К своему удивлению, исследователи обнаружили, что состояния, наблюдаемые с помощью одного метода (кулоновская спектроскопия), которые на первый взгляд очень напоминают Майорана, отсутствовали при поиске их с другой точки зрения, обеспечиваемой вторым методом (туннельная спектроскопия).
Наблюдения сродни следующему метафорическому сценарию. В поисках легендарной рок-звезды Майораны вы заглядываете через (источник) дверь в бар. Кажется, концерт состоится. Вы ясно видите на сцене замечательную рок-звезду, одетую в костюм Majorana, поющую песню Majorana. Бар полон фанатов Майораны, которые с обожанием смотрят на него. Однако, когда вы открываете большую (сливную) дверь в дальнем конце бара, фанаты спешат покинуть помещение, среди них и предполагаемая рок-звезда. Как настоящий художник, настоящий Майорана никогда бы так не поступил.
«Именно это делает майораны особенными. Подобно тому, как настоящие рок-звезды не покидают сцену, когда есть выход, анион майорана остается приколотым к одной стороне наноустройства благодаря глубокому математическому принципу, называемому топологической защитой, даже когда обычным электронам позволяют уйти через противоположную сторону», — заявляют исследователи.
«Мы стремились узнать, как увидеть, есть Майорана или нет. В наших экспериментальных условиях двери представляют собой не что иное, как туннельные барьеры, через которые электроны отправляются внутрь и наружу. Есть дверь стока и дверь источника. Две методологии спектроскопии вместе взятые, наша майорановская рок-звезда-самозванец оказывается другим видом квазичастиц. Не поймите нас неправильно, это интересные сверхпроводящие квазичастицы, но не майораны», — продолжают ученые.
Полученные данные подчеркивают тот факт, что убедительные майорановские самозванцы есть повсюду. Они могут существовать во многих различных типах устройств и могут вводить в заблуждение различные стратегии измерения по отдельности. Комбинация двух стратегий измерения, примененных к одному и тому же устройству, выявила самозванца через очевидный парадокс, подход, который может резко уменьшить неоднозначность интерпретации будущих экспериментов. Это очень необходимый шаг, чтобы поймать неуловимую Майорану и в конечном итоге начать использовать ее силу.
Теги: квант