Квантові комп'ютери обіцяють революцію в обчислювальних технологіях, але їх практичне застосування обмежене через високу чутливість кубітів до зовнішніх впливів, що призводить до помилок у розрахунках. Одним із перспективних підходів до вирішення цієї проблеми є топологічні квантові обчислення, де інформація кодується в геометричних властивостях частинок, таких як ферміони Майорани. Однак ферміони Майорани можуть виконувати лише обмежений набір логічних операцій, що перешкоджає створенню універсального квантового комп'ютера.
Нещодавнє дослідження групи вчених з Університету Південної Каліфорнії під керівництвом професора Аарона Лау запропонувало рішення цієї проблеми. Дослідники додали нову частинку до системи ферміонів Майорани, названу "нелектон" (від англ. "neglect" – "ігнорувати"). Раніше ці частинки вважалися математичним шумом через їхній "нульовий квантовий слід" і не включалися до фізичних моделей. Однак у поєднанні з ферміонами Майорани нелектони дозволяють реалізувати повний набір логічних операцій, необхідних для універсального квантового комп'ютера.
У своїй роботі вчені продемонстрували, що додавання навіть одного нелектона до системи ферміонів Майорани дозволяє досягти універсальності квантових обчислень. Це відкриття відкриває нові перспективи для розробки більш стабільних та ефективних квантових комп'ютерів, здатних вирішувати широкий спектр обчислювальних завдань. Дослідження, опубліковане в Nature Communications, підкреслює, що нелектони, які раніше ігнорувалися в традиційних підходах до топологічних квантових обчислень, виявляються ключовим елементом.
Професор Аарон Лауда з Університету Південної Каліфорнії пояснює, що хоча ізосингулярні ферміони Майорани самі по собі можуть виконувати лише обмежений набір операцій (так звані кліфордські вентилі), додавання нелектона дозволяє досягти повної універсальності. Це схоже на знаходження скарбу серед того, що інші вважали математичним сміттям, як зазначив Лауда. Важливо, що для досягнення універсальності достатньо лише одного нелектона, який залишається нерухомим, поки ферміони Майорани обертаються навколо нього.
Раніше, у лютому 2025 року, шведські вчені продемонстрували, що інформацію можна передавати за допомогою магнітних хвиль у складних мережах, що призвело до створення ефективних обчислювальних систем з низьким енергоспоживанням, здатних вирішувати складні оптимізаційні завдання. Хоча це дослідження стосується іншої галузі, воно підкреслює загальний прогрес у сфері обчислювальних систем. Таким чином, відкриття ролі нелектонів у квантових обчисленнях є значним кроком до створення універсальних квантових комп'ютерів, які можуть суттєво прискорити вирішення складних обчислювальних завдань.