2018 년, 저널 Nature 에서 출판 된 양자 컴퓨터 구축에 대한 완전히 새로운 접근 방식의 최전선에있는 연구원 , 무엇이 획기적인 성과로 보였습니다. 기존 양자 컴퓨터는 악명 높고 깨지기 쉬우 며 양자 비트 (Qubits)는 임의의 오류가 발생하기 쉽습니다. 그러나 큐 비트가 Majorana Zero-Mode (MZM) 준 파파르클의 이국적인 이름을 가진 전자의 이상한 구성으로 만들 수 있다면 오류는 발생할 수 없었습니다. MZM Qubit은 체인을 자르지 않고 체인의 링크를 분리 할 수있는 것보다 더 이상 임의의 오류를 겪을 수 없습니다. 토폴로지의 기본 원리, 모양의 수학은 그것으로부터 보호합니다.
.이러한 "토폴로지"큐 비트는 구축하기가 매우 어렵지만 기술적 인 과제에도 불구하고 일부 연구자들은 수백 또는 수천 개의 큐빗이있는 유용한 양자 컴퓨터를 구축하는 유일한 길이라고 확신합니다. Microsoft는 토폴로지 큐 비트에 대한 주요 양자 컴퓨팅 전략을 스테이킹하고 있습니다.
이것이 2018 Nature 의 이유 중 하나입니다 종이는 너무나 많은 관심을 얻었습니다. 네덜란드 델프트 공과 대학의 물리학자인 레오 쿠 웬호벤 (Leo Kouwenhoven)이 이끄는 한 팀은 안티 모니드 나노 와이어에서 MZM 준 파서드의 결정적인 서명을 발견했다고 말했다. 그들의 논문은 토폴로지 양자 컴퓨팅의 새벽으로 많은 프레스 팡파르로 예고되었습니다. 2019 년 Microsoft는 Delft 캠퍼스에 자체 양자 연구소를 열었고 Kouwenhoven은 이사로 선정되었습니다.
그런 다음 상황이 무너지기 시작했습니다. 그해 말 피츠버그 대학의 물리학자인 Sergey Frolov와 호주 뉴 사우스 웨일즈 대학교의 공동 작업자 인 Vincent Mourik도 자체 실험실에서 비슷한 작업을하고있었습니다. (Frolov와 Mourik은 모두 Kouwenhoven 그룹의 전 멤버입니다.) Frolov와 Mourik은 델프트 결과를 재현 할 수 없다는 것을 알았습니다. 그 10 월 듀오는 Kouwenhoven의 그룹의 원시 데이터를 물었고, 12 월에는 이상한 불일치를 발견했습니다. 마치 음모 중 일부가 조작 된 것처럼 보였고 종이의 주장은 전체 측정 범위를 고려할 때 발생하지 않았습니다.
. .이러한 문제에 직면 한 Kouwenhoven의 그룹은 데이터를 회신하여 결론이 더 이상 일어지지 않았다는 것을 알았습니다. 2021 년 3 월 Kouwenhoven의 요청, Nature 종이를 철회했습니다. 이 그룹은 철회에서“양자화 된 전조 컨덕턴스의 관찰을 더 이상 주장 할 수 없다”고 썼다. 그들은 사과를 추가했습니다.
이 사건은 독립위원회의 조사를 유발했다. 이 조사는 사기성 데이터 제작 또는 조작의 증거가 없다고 결론 지었다. 저자들은 그들이보고 싶은 것을 보여준 결과 만 확대함으로써 단순히 스스로를 속였다. “저자들이 시작한 연구 프로그램은 특히 자기기만에 취약하며 저자들은 이것에 반대하지 않았다”고 보고서의 저자는 썼다.
.매사추세츠 기술 연구소 (Massachusetts Institute of Technology)의 물리학 자이자위원회 위원 인 패트릭 리 (Patrick Lee)는“불행한 과열 사건이었다”고 말했다.
퇴치는 면밀한 검사하에 분리 된 관련 작업의 최근 다른 유명한 사례와 함께 토폴로지 양자 컴퓨팅 연구의 핵심에서 추가적인 도전을 드러 냈습니다. 토폴로지의 큐 비트를 구축하는 것은 극히 어려울뿐만 아니라 아무도 발견하는 방법조차 확신하지 못합니다. MZM 준 파파르티클로 이어지는 양자 규칙은 또한 다른 이상한 양자 상태를 생성 할 수 있습니다.
이러한 장애물과 다른 장애물로 인해, 토폴로지 양자 컴퓨팅 분야는 명백한 위기가 아니라면 자기 반성 기간에 들어갔다. Frolov는 자연 에 대한 논평에서“일련의 허위가 시작된 후 Majorana 분야의 상당 부분이 스스로를 속이고 있다는 우려를 표명했습니다. 4 월. 그러나이 문제에도 불구하고,이 분야의 비평가조차도 과학이 무시할 정도로 약속하다고 생각합니다. Frolov는 온라인 토론에서“Majoranas의 창조 뒤에있는 물리학은 이론적으로 잘 이해된다”고 Frolov는 말했다. “보통 응축 물질 물리학에서 발생할 때 물리적 실현은 그리 멀지 않습니다. 앞으로 몇 년 안에 하나 이상의 그룹이 그들에게 강력한 증거를 찾을 것이라고 확신합니다.”
쌍의 전력
Majorana Zero 모드는 재료 전자의 전자가 상이한 전하, 질량, 이동성 및 집단적 행동으로 다른 종류의 입자로 가장 상관 될 수있는 방식을 예시한다. Niels Bohr Institute의 물리학 자이자 Copenhagen의 Microsoft Quantum Lab의 물리학자인 Charlie Marcus는“전자로 만들어진 효과적인 입자”라고 말했다. 오히려 우리가 경제 활동을 그들을 구성하는 사람들보다는 전체 회사의 상호 작용으로 묘사하는 방법과 같습니다.
아마도 전자 준 사양의 가장 잘 알려진 예는 초전도성을 담당하는 것으로 보입니다. 여기서 매우 저온의 일부 금속 및 기타 재료는 저항력이없는 전기를 전도합니다. 가장 간단한 초전도 상태에서, 전자는 소위 쿠퍼 쌍 준 파파르티클로 짝을 이루는 것으로 보인다. 비록 그들이 우주에서 널리 분리 될 수 있지만, 쿠퍼 쌍의 전자는 재료를 통과 할 때 단일 입자처럼 작용합니다. 이 페어링은 결정적인 결과를 초래합니다. 쿠퍼 쌍은 모두 동일한 에너지 양자 상태를 차지할 수 있으며, 다음 상태에서 준 사양이 점프 할 수없는 에너지 간격에 의해 분리 될 수 있습니다. 결과적으로, 쿠퍼 쌍은 재료의 결정 격자에서 원자와의 충돌로 인해 다른 양자 상태로 쉽게 흩어질 수 없으므로 저항없이 움직입니다. 준 사파르는 산란으로부터 보호되는 전자로 만들어 졌다고 말할 수 있습니다.
MZM은 다른 종류의 전자 준 입자입니다. 그것들은 전자가 다른 방식으로 짝을 이룰 때 에너지 간격을 갖는 반도체와 같은 재료에 나타날 것으로 예상됩니다. 2000 년대 초에 물리학 자 Alexei Kitaev가 처음 제안한이 행동을 보여줄 것으로 예상되는 가장 간단한 시스템 중 하나는 1 차원 전자 사슬입니다. 매우 낮은 온도에서 전자는 이웃과 짝을 이루어 초전도가 될 수 있습니다. 그러나 체인의 양쪽 끝에있는 전자는 파트너의 절반 만 가지고 있습니다. 그들은 공간에서 널리 분리 된 단일 준 입자의 두 반쪽이됩니다. 이 준 입자는 에너지 갭의 중간에있는 기존의 바로로 생각 될 수 있습니다.
제로 모드 준 파티클에 대한 중요한 점은 각각이 양쪽 끝에서 전자 상태로 구성된다는 것입니다. 따라서 한쪽 끝만 조사하여 그것에 대해 아무것도 찾거나 방해 할 수 없습니다. 두 종말 상태가 어떻게 든 우주에서 함께 모일 수 있다면, 그들은 전자 또는 아무것도 생산하기 위해 융합 될 것입니다 - 진공 상태. 그것들은 분리되어있는 동안, 그들은 두 상태의 일종의 양자 중첩에 있습니다. 따라서 MZM은 양자 정보를 인코딩하기위한 2- 상태 비트 역할을 할 수 있습니다.
MZM 준 파파티클의 두 반쪽이 빈 진공 상태로 융합 될 수 있다는 것은 그들의 이름을 설명 할 수 없다. 이 자체 연설은 입자 및 항 입자 쌍의 것과 같습니다. 1937 년 로마에있는 Enrico Fermi의 그룹에서 일하는 이탈리아 물리학 자 Ettore Majorana는 자신의 반 입자 인 가상의 기본 입자가 제안되었습니다. 그러한 입자는 본 적이 없습니다. MZM은 고 에너지 물리학에서 보이거나 제안 된 입자의 행동이 현재 양자 법칙에 의해 지배되는 자료에서 어떻게 나타나는지를 보여주는 다방파티클에 해당합니다.
.문제는 아무도 MZM Qubit을 만든 사람이 없을뿐만 아니라 단일 MZM 준차의 존재를 설득력있게 보여준 사람이 없다는 것입니다.
.탈출 아티스트
나노 와이어에서 Majoranas의 첫 번째 목격은 2012 년 Delft의 Kouwenhoven 팀에서 나왔습니다. 되돌아 보면,이 애매한 준 파서질에 대한 명백한 증거를 설정하는 것이 얼마나 어려운지의 초기 신호였습니다.
MZM을 찾기 위해 연구자들은 일반적으로 초전도체에 연결된 반도체 재료로 만든 나노 스케일 와이어에 전압을 적용합니다. 그들은 와이어를 통해 컨덕턴스를 신중하게 플로팅합니다. MZMS가 포함 된 경우 전압이 변경됨에 따라 전환은 불연속 정량 단계에서 상승하고 정확하게 제로 전압에서 피크 - 제로 모드에 해당하는 에너지
.Kouwenhoven의 2012 년 논문은이“제로 바이어스 피크”를 발견했다고보고했지만 다른 연구자들은 곧 신호가 Majoranas에 고유하지 않다고 걱정하기 시작했습니다. 예를 들어, 현재 마드리드 자율 대학교의 물리학자인 Eduardo Lee와 2013 년에 동료들은 MZM이 앉아있는 에너지 갭에서 Andreev 란트 상태 (ABS)로 알려진 것에 의해 그러한 신호를 모방 할 수 있음을 보여주었습니다. 그 후 올해 초 오스트리아의 클로 스테네우 버그 (Klosterneuburg)에있는 과학 기술 연구소의 마르코 발렌티니 (Marco Valentini)와 동료들은 델프트 (Delft)와 같은 실험을 반복적으로 반복 했으며이 시스템은 제로 시바-루시 노프 (Yu-Siba-Rusinov State)라고 불리는 특정 종류의 복근으로 인해 제로 바이어스 피크를 보여 주었다는 것을 보여 주었다.
그러한 잘못된 긍정은이 분야를 강화했습니다. Kouwenhoven의 2018 년 논문 외에도 회의론자들은 MZM의 목격이 복제되지 않은 다른 사례를 지적합니다. 2020 년 3 월 마커스와 동료들은 과학의 증거를보고했습니다. 저자들은“Majorana Zero 모드의 출현과 일치했다”고 말했다. 그러나 2021 년 7 월 말, 저널은 연구에 사용 된 데이터가 전적으로 대표적인지 여부에 대한“우려의 편집 표현”을 발표했다. Niels Bohr Institute는이 연구에 대한 독립적 인 조사를 시작했습니다. 마커스와 그의 동료들은 원래 논문 뒤에 서 있습니다.
Frolov와 같은 비평가에 따르면 문제는 Majorana 입자가 보이는 신호를 생성 할 필요가 없다는 것입니다. "그러나, 대안적인 설명을 언급하지 않고 긍정적 인 논문은 계속 나왔다"고 그는 자연 에 썼다. 비평. (Frolov는이 기사에 대해 여러 번의 인터뷰 요청을 거부했다.) 그는 연구원들이 체리 선택을 비난하고 데이터를 공유하는 것에 대한 더 개방성을 요구한다. 그는 Majoranas의 5 가지 진단 서명을 확인했습니다. 2012 년 이후 목격을 주장하는 대부분의 논문은이 중 하나 또는 두 개만 보여줍니다.
그러나 마커스는 실제 문제는 조기 주장이 아니라 검증의 어려움이라고 주장했다. Marcus는 Majoranas가 존재하는지 여부를 확인하기 위해 가능한 최선의 실험을 원하지만 "당신이 말하는 날은 없을 것입니다 :그것은 증명되었습니다!" 그는 말했다. “이것은 실험 물리학의 작동 방식이 아닙니다. ‘나는 다른 것을 생각했습니다! 모든 Majorana 테스트를 통과하는 것은 아닙니다! '영원히 계속됩니다.”
그런 다음 질문은 다음과 같습니다. 확실하게 말할 수없는 것에 대해 양자 컴퓨터를 어떻게 만들 수 있습니까?
꼰 정보
양자 컴퓨팅의 핵심은 계산 중에 큐브가 인코딩하는 정보를 공개하지 않아야한다는 것입니다. 조금보고 1 또는 0을 유지한다고 말하면 단지 고전적인 비트가됩니다. 따라서 실수로 자신의 가치를 공개 할 수있는 모든 것에서 큐브를 보호해야합니다. (보다 엄격하게, 그 가치를 결정하십시오 - 양자 역학에서 이것은 값이 측정 될 때만 발생합니다.) 그러한 정보가 환경으로 유출되는 것을 막아야합니다.
.이 누출은 Quantum Decoherence라는 과정에 해당합니다. 목표는 분리가 발생하기 전에 양자 컴퓨팅을 수행하는 것입니다. 계산을 파괴 할 임의의 오류로 큐 비트를 손상시킬 것이기 때문입니다.
.현재 양자 컴퓨터는 일반적으로 가능한 한 환경에서 큐 비트를 분리하여 해독을 억제합니다. 문제는 큐 비트의 수가 증가함에 따라,이 격리는 유지하기가 매우 어려워 졌다는 것입니다. 디코 언가 발생하고 오류가 발생합니다. 따라서 IBM, Google 및 기타 사람들과 같은 기존의 양자 컴퓨터는 대규모 시스템으로 확장하는 데 큰 도움이 될 것입니다. 이를위한 현재 제안에는 수많은 "물리적 큐 비트"를 오류 수정 용량을 갖춘 단일 "논리 큐 비트"로 배선하는 것이 포함됩니다. 일부 추정치에 따르면 각 논리적 인 큐 비트에 수백 또는 수천 개의 물리적 큐빗이 필요할 것입니다.
Kitaev는 전자 체인의 끝 부분에 두 절반이 뒤죽박죽이되어 각 끝 상태에서 인코딩 된 정보가 완벽하게 숨겨져 환경으로 누출을 유발할 수 없도록 오류에 대한 내성에 저항 할 수 있음을 깨달았습니다. 이 뒤죽박죽은 입자 궤적 (타임 라인“스레드”)을 함께 짜기 때문에이를 브레이딩이라고합니다.
브레이딩이 어떻게 작동하는지는 다음과 같습니다. 두 개의 Majorana 준파드를 함께 가져 오면 전자 또는 진공 상태로 무너집니다. 일단 그런 일이 발생하면, 당신은 그들이 무엇인지 알고 있습니다. 그들의 정보가 공개됩니다. 그러나 이제 많은 Majorana 모드 쌍이 스퀘어 댄스의 커플처럼 뒤섞여 파트너를 끊임없이 변화시키는 동시에 적절한 사회적 거리를 유지한다고 가정합니다. 마커스는 춤이 계속되는 한, 당신은 단일 마이틀라나에 초점을 맞추지 않고 어떤 상태에 있는지, 즉 전자에 융합 될지 또는 진공 청소기에 있는지 물어볼 수 없습니다. ‘모르겠다, 내가 누구와 춤을 추고 있습니까?’라고 말할 것이기 때문에, 사실상, Braiding은 Majorana 쌍의 정보가 더 이상 현지화되지 않고 비 국소적으로 만들어 지도록합니다. 당신은 그들 중 하나를 심문함으로써 그것을 공개 할 수 없습니다.
Marcus는“서로 멀리 떨어져 파트너를 바꾸는 한 게임이 켜져 있습니다. “Kitaev의 천재는 정보가 국소 적으로 저장되면 로컬 측정에서 정보를 공개하지 않았다고 말할 수 있습니다. 그것은이 일이 매우 좋은 큐 비트 여야한다고 예측합니다.” - 그것은 브레이딩의 토폴로지 특성에 의해 발생하는 오류로부터 보호되기 때문에.
.이러한 MZM 큐 비트로 양자 계산을 수행하려면 브레이드 스레드를 지정된 방식으로 바꾸고 쌍을 모아 전자 또는 진공을 형성하는지 확인하십시오. 올바른 방식으로 수행되면 오류가없는 계산을 수행합니다.
Lee는 MZMS를 사용한 이러한 오류 방지 위상 양자 컴퓨팅은“어려운 방법이지만 불가능한 것은 아닙니다”라고 말했습니다. "Microsoft는이 도박을 만들기 위해 사지로 나갔습니다. 그러나 나는 그것이 가치가 있다고 생각합니다."
.그리고 물리학자가 MZM 준 파파르티클의 존재를 확인하는 데 엄청나게 어려운 시간을 보내고 있다면, 아마도 그 단계를 포기해야 할 것입니다. 결국, 마커스는 실험가들이 모든 허점을 닫으려고 노력을 멈추고 강력한 큐 비트가 등장하는지 확인하기 위해 시스템을 기운다. 결국, 그것이 좋은 큐 비트 인 한, 그것이 MZM 또는 다른 준 입자인지 확실히 신경 쓰는가?
실제로, 이미 다른 준 사양을 큐브로 사용하기위한 제안이 있습니다. 예를 들어, 캘리포니아 기술 연구소의 Christina Psaroudaki와 싱가포르 Nanyang Technological University의 Christos Panagopoulos는 자기 재료의 스핀 방향에 대한 소용돌이 같은 패턴이 토폴로지로 보호 된 양자 정보를 암호화하고 조작하는 또 다른 방법을 제공 할 수 있다고 제안했습니다.
.Aaronson은“MZM을 찾는 데 어려움이 있거나 일반적으로 실험실에서 일하기 위해 가장 기본적인 토폴리 Quantum 컴퓨팅의 빌딩 블록을 얻는 데 어려움이 있었음에도 불구하고 Hope는 Survings Arononson은 말했습니다. 그는 그들이 "조만간"발견 될 것이라고 생각합니다. Valentini는 MZM 서명이 다른 준 사양으로 오인 될 수 있음을 보여 주었음에도 불구하고 동의합니다. "나는 MZMS가 만들어지고 감지 될 것이라고 강력하게 믿는다"고 그는 말했다.
그러나 Aaronson은“이것이 더 광범위하게 양자 컴퓨팅에 대한 실행 가능한 접근법인지, 그리고 그것이 경쟁 접근 방식을 이길 것인지 여부는 여전히 모든 사람의 추측입니다.”
.2018 년 초, 자연 의 시간 Microsoft 부사장 인 Todd Holmdahl은 운명의 토폴로지 컴퓨팅 용지 인 Todd Holmdahl을 발표 한 다음 해가 연말까지 작동하는 토폴로지의 큐 비트와 5 년 동안 기술을 기반으로 한 상업용 양자 컴퓨터를 가질 것이라고 예측했습니다. 이러한 예측은 이제 사치스럽게 낙관적으로 보이지만 지난 10 년 동안 양자 컴퓨팅과 동반 한 더 넓은 과대 광고를 반영합니다. 양자 컴퓨터에 대한보다 전통적인 접근 방식은 어느 정도의 성공을 거두었지만 여전히 확장에 큰 어려움에 직면 해 있습니다. 오랜 양자 미래의 가장 좋은 길은 여전히 불분명합니다.
이스라엘의 레오 보트 (Rehovot)에있는 바이즈 만 과학 연구소의 아디 스턴 (Ady Stern)은“물리 공동체가 우리가 이미 유일하게 알고 있다고 결정하는 것은 무책임한 일이다. "우리는 스릴러 10 페이지에 있으며 어떻게 끝날지 추측하려고 노력하고 있습니다."
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수정 : 2021 년 9 월 30 일
이 기사의 원본 버전의 일부 캡션은 사진을 사진을 찍은 실험실의 리더로 제공 한 과학자를 잘못 알게되었습니다. Nanowires는 Marco Valentini의 실험실에서 왔지만 Valentini는 Georgios Katsaros의 실험실의 연구원입니다. 또한 Patrick Lee의 실험실에서 식별 된 장치는 실제로 Lee와 파트너 관계를 맺은 Jagadeesh S. Moodera의 실험실에있었습니다. Quanta 오류를 후회합니다.
설명 : 2021 년 10 월 7 일
이 기사는 Frolov 가이 기사에 대한 인터뷰를 거부했다는 것을 명확히하기 위해 업데이트되었습니다.
