Голландские физики еще на шаг приблизились к созданию устойчивого квантового компьютера – они смогли создать фермионы Майораны с помощью обычных сверхпроводящих материалов, причем они сохраняли нужное состояние около 1 минуты. Таким образом они разрушили «монополию» алюминия, который неудобен для таких экспериментов, и показали, что кубиты на основе майорановских квазичастиц будут значительно устойчивее «обычных», говорится в статье, опубликованной в Nature Physics.

Майорановский фермион был впервые описан в 1937 году итальянским физиком Этторе Майорана. Эта гипотетическая частица с полуцелым спином и нулевым зарядом, которые является собственной античастицей. Благодаря этой «двойственности» майорановские частицы должны быть очень устойчивы и мало взаимодействовать с другими частицами. До сих пор майорановские фермионы обнаружены не были. Некоторые ученые считают, что к числу майорановских фермионов может относится нейтрино, но пока экспериментальных доказательств этому не получено. Существуют предположения, что из майорановских фермионов состоит так называемая «темная материя».

В 2001 году физик Алексей Китаев, член консультативного совета РКЦ, предсказал, что при определенных условиях на концах сверхпроводящего провода могут возникать квазичастицы, во всем подобные фермионам Майораны. Китаев отметил, что эти квазичастицы, благодаря их стабильности, могут быть использованы в качестве кубитов – квантовых битов, главных элементов квантовых компьютеров. Классические биты могут принимать значение либо 0, либо 1, но кубиты благодаря квантовому свойству суперпозиции могут иметь значение 0 и 1 одновременно, что позволяет кодировать значительно больше информации, а также решать некоторые математические задачи несравнимо быстрее.

В 2012 году группа под руководством Лео Коувенховена из Дельфтского технического университета впервые сумела получить майорановские квазичастицы, предсказанные Китаевым в эксперименте с нитью из антимонида индия. Они «увидели» скачок напряжения, который должен был свидетельствовать о присутствии фермиона Майораны, но некоторые ученые тогда предположили, что этот эффект мог быть связан с другими причинами. Физики из Принстонского университета в 2014 году подтвердили этот результат, проведя новый эксперимент с нанопроводом из железа, в котором они тоже зафиксировали появление фермиона Майораны с помощью сканирующего туннельного микроскопа.

Теперь группа Коувенховена сделала важный шаг в сторону практического применения майорановских квазичастиц в роли кубитов. Такие кубиты отличаются от кубитов, «сделанных» из обычных атомов или частиц, большей устойчивостью, они значительно дольше сохраняют нужное квантовое состояние. Однако до сих пор все успешные эксперименты по получению таких кубитов проводились с алюминиевыми проводами, попытки использовать более традиционные для сверхпроводников материалы – ниобий или ванадий – были неудачными. Алюминий плохо подходит для майорановских экспериментов, поскольку он теряет сверхпроводящее состояние в сильном магнитном поле, необходимом для создания фермионов.

Ученые из Дельфта решили попробовать другой сверхпроводник – нитрида титана и ниобия (NbTiN), который устойчив к магнитным полям. Они создали из него транзистор с алюминиевыми выводами, в котором майорановское состояние удалось сохранить более минуты под действием магнитного поля напряженностью около 0,1 теслы. Этого времени более чем достаточно для проведения необходимых вычислительных операций.