¿Cómo podrían usarse las partículas de Majorana para mejorar las computadoras cuánticas?

Este reciente comunicado de prensa afirma que las mediciones mejoradas acercan más que nunca la prueba final de las partículas de Majorana , que resume los resultados de un artículo reciente en Nature titulado simplemente " Conductancia cuantificada de Majorana " afirma que

Gracias a sus características físicas únicas, las partículas de Majorana son mucho más estables que la mayoría de los otros qubits.

¿Por qué sería este el caso (en teoría, al menos). ¿Se considera válido el enfoque de los qubits con partículas de Majorana o están rodeados de escepticismo?

Las majoranas son anyons (un tipo de cuasipartículas que se comportan de manera diferente a los fermiones y bosones) y, por lo tanto, están relacionadas con la idea del cálculo cuántico topológico . Esto significa que una buena implementación debe tener propiedades que ayuden a lidiar con el ruido incorporado. Su principal problema es que es difícil preparar sistemas físicos que se comporten como partículas de Majorana.

Una forma de construir Majoranas es con nanocables superconductores. Este es el tipo al que se refieren el comunicado de prensa y el documento. ¿Funcionarán realmente bien? Veremos. ¿Serán mejores que otros qubits? Veremos.

Otra forma de construir Majoranas es mediante la deformación del código en los códigos de superficie (una familia bien estudiada de códigos de corrección de errores cuánticos). Se pueden encontrar ejemplos en este documento (del cual soy autor): Hacer agujeros y cortar esquinas para lograr puertas Clifford con el código de superficie . Estos probablemente funcionarán bastante bien. Sin embargo, no tendrán muchas ventajas en comparación con los métodos más convencionales, ya que el uso de defectos en los códigos de superficie es el método más convencional (ya sean Majoranas o no).

Hay otras formas en que podríamos engañar a Majoranas para que exista. Pero hasta donde yo sé, ninguno está siendo perseguido activamente.

Escuché una analogía interesante que me arrojó algo de luz sobre la situación, así que la compartiré aquí. Los fermiones de Majorana tienen una base topológica; Veamos qué tipo de topología significa.

La topología mira la imagen más grande. Si tiene un globo, no importa cuánto lo infle, saque el aire o lo anude (si es un artista de globos), todavía no tiene agujeros. Tener agujeros lo haría fundamentalmente diferente. Puedes estirar, encoger y torcer una esfera todo lo que quieras, pero nunca se convertirá en una rosquilla. Sin embargo, si toma una dona, puede torcerla en todo tipo de cosas con agujeros, pero nunca puede hacer algo sin agujeros, como una esfera, o con dos o más agujeros.

Otro ejemplo de topología mirando el panorama general. Tome un globo (nuevamente) y amplíe su superficie. A pesar de que el globo está curvado cuando alejas la imagen, cuando te acercas, parece un plano euclidiano en 2-d. Si amplía un círculo, se ve como un avión euclidiano 1-d. Los pequeños giros y vueltas no importan en la topología.

Traigamos esto de vuelta a los fermiones de Majorana. Imaginemos un sistema en el que estamos registrando si el electrón da la vuelta a un árbol o no. No importa si el electrón tiene un camino de nuez realmente ondulado o simplemente un camino circular simple, todavía da la vuelta.

El ruido introducido en estos sistemas puede hacer que el camino del electrón sea irregular o no, pero en realidad no importa . Sigue dando vueltas. Ahí es donde radica la ventaja de los fermiones Majorana: el ruido no lo afecta.

Obviamente esto no es riguroso; Intentaré agregar más que arroje luz sobre eso a medida que tenga tiempo.