Obliczenia kwantowe, mimo swojego potencjału do zrewolucjonizowania wielu dziedzin, napotykają na fundamentalną przeszkodę: ekstremalną kruchość kubitów, która czyni je praktycznie bezużytecznymi w obecnej formie. Zespół badaczy z University of Southern California (USC) odkrył jednak nieoczekiwane rozwiązanie, przywracając do łask elementy matematyczne wcześniej uznawane za pozbawione znaczenia. Te nowo odkryte byty, nazwane „neglektonami”, mogą przekształcić zawodną technologię kwantową w stabilną i uniwersalną platformę obliczeniową.
Potęga komputerów kwantowych tkwi w zdolności kubitów do istnienia w superpozycji stanów 0 i 1 jednocześnie, co daje im możliwości obliczeniowe daleko wykraczające poza klasyczne komputery. Jednakże, delikatny stan kwantowy kubitów jest niezwykle podatny na zakłócenia zewnętrzne, takie jak wibracje, zmiany temperatury czy pola magnetyczne, co stanowi główną barierę dla ich praktycznego zastosowania. W odpowiedzi na ten problem, naukowcy od lat eksplorują obliczenia kwantowe oparte na topologii, wykorzystujące cząstki zwane anyonami, które istnieją w systemach dwuwymiarowych.
Anyony, w przeciwieństwie do zwykłych cząstek, kodują informacje w sposób naturalnie chroniony przed zakłóceniami dzięki swoim właściwościom splatania się i przeplatania. Najczęściej badanym typem są anyony Isinga, które pozwalają na przechowywanie i manipulowanie informacją kwantową poprzez proste przeplatanie. Ich główną wadą jest jednak ograniczona zdolność do wykonywania wszystkich niezbędnych operacji kwantowych, co uniemożliwia stworzenie uniwersalnego komputera kwantowego. Profesor Aaron Lauda z USC porównał tę sytuację do „klawiatury z tylko połową klawiszy”.
Przełom nastąpił dzięki teorii nie-półprostych topologicznych pól kwantowych, która bada symetrie w złożonych obiektach matematycznych. Zespół Laudy zakwestionował konwencję odrzucania elementów o zerowym „wymiarze kwantowym”, przypisując im znaczącą wagę. Ta reinterpretacja doprowadziła do odkrycia neglektonów, które po dodaniu do systemu anyonów Isinga, radykalnie zwiększają jego możliwości. Dzięki temu pozornie niewielkiemu dodatkowi, anyony stają się zdolne do wykonania dowolnej operacji obliczeniowej kwantowej poprzez manipulację ich splątaniami, czyniąc „niekompletną klawiaturę” uniwersalną.
Nowo odkryta uniwersalność zachowuje jednocześnie kluczowe zalety anyonów, takie jak naturalna odporność na szum i stabilność. Chociaż stworzenie i manipulowanie anyonami w rzeczywistych materiałach nadal stanowi wyzwanie technologiczne, odkrycie neglektonów otwiera nową perspektywę. Zamiast poszukiwania egzotycznych materiałów, inżynierowie mogą wykorzystać znane systemy w nowym, matematycznym świetle. Badania te, opublikowane w Nature Communications, pokazują, że dodanie pojedynczego neglektonu umożliwia wykonanie pełnego zakresu operacji kwantowych, przekształcając matematyczne „śmieci” w „kwantowy skarb” i torując drogę do bardziej stabilnych i potężnych maszyn kwantowych.