Onderzoekers van de University of Southern California (USC) hebben een doorbraak aangekondigd in de ontwikkeling van kwantumcomputers, met de introductie van een nieuw deeltje genaamd de "neglecton". Dit deeltje, voorheen beschouwd als wiskundige ruis, kan de beperkingen van topologische kwantumcomputatie overwinnen en de weg vrijmaken voor universele kwantumcomputers.
Kwantumcomputers beloven revolutionaire vooruitgang, maar hun praktische toepassing wordt gehinderd door de gevoeligheid van qubits voor externe invloeden, wat leidt tot rekenfouten. Topologische kwantumcomputatie, waarbij informatie wordt gecodeerd in geometrische eigenschappen van deeltjes zoals Majorana-fermionen, biedt een oplossing. Echter, Majorana-fermionen alleen kunnen slechts een beperkt aantal logische bewerkingen uitvoeren, wat de creatie van een universele kwantumcomputer belemmert.
De nieuwe studie, geleid door professor Aaron Lauda van USC en mede-auteurs Filippo Iulianelli, Sung Kim (beiden USC) en Joshua Sussan (Medgar Evers College, CUNY), introduceert de neglecton. Dit deeltje, afgeleid van het Engelse "neglect" (negeren), heeft een "nul kwantumspoor" en werd daarom eerder genegeerd in fysieke modellen. Door neglectons te combineren met Majorana-fermionen, specifiek Ising-anyonen, kunnen onderzoekers de volledige set logische bewerkingen realiseren die nodig zijn voor universele kwantumcomputatie. De ontdekking, gepubliceerd in Nature Communications, toont aan dat slechts één neglecton nodig is om universaliteit te bereiken, waarbij de neglecton stationair blijft terwijl de Ising-anyonen eromheen worden gevlochten.
Deze doorbraak bouwt voort op eerder onderzoek, zoals een studie uit februari 2025 van Zweedse wetenschappers die informatieoverdracht via magnetische golfbewegingen in complexe netwerken demonstreerden, wat leidde tot energiezuinige computersystemen voor optimalisatieproblemen. De rol van neglectons in kwantumcomputatie wordt gezien als een significante stap richting de ontwikkeling van stabielere en efficiëntere kwantumapparaten die complexe computationele taken aanzienlijk kunnen versnellen.
De onderzoekers benadrukken dat hun werk voortkomt uit non-semisimple topologische kwantumveldentheorieën (TQFT's), die een bredere wiskundige basis bieden dan de traditionele semisimple TQFT's. Hoewel de non-semisimple TQFT's wiskundige irregulariteiten introduceren die de uniciteit kunnen aantasten, hebben de USC-onderzoekers een methode ontwikkeld om deze te isoleren, waardoor de berekeningen stabiel blijven. Dit werk opent nieuwe perspectieven voor de realisatie van fouttolerante kwantumcomputers in topologisch geordende systemen.