В физическом центре Аспена в Колорадо Вайринен обсудил этот вопрос с коллегой из Научного института Вейцмана в Израиле, доктором Ювалем Орегом, который помог обойти препятствие. Команда использовала это новое понимание своих вычислений, чтобы предложить квантовое устройство, которое можно было бы экспериментально протестировать для краткой реализации возникающих частиц, таких как любой элемент Фибоначчи. Они опубликовали свои результаты, "Многоканальный топологический эффект Кондо", в Письма с физическим обзором 10 февраля 2023 года.

Теория конденсированных сред - это область физики, которая изучает, например, свойства электронных квантовых систем с приложениями к таким технологиям, как сверхпроводники, транзисторы или квантовые вычислительные устройства. Одной из проблем в этой области является понимание квантово-механического поведения многих электронов, также известного как "проблема многих тел". Это проблема, потому что она может быть теоретически смоделирована только в очень ограниченных случаях. Однако даже в этих ограниченных случаях, как известно, возникают богатые эмерджентные явления, такие как коллективные возбуждения или фракционно заряженные эмерджентные "квазичастицы". Эти явления являются результатом сложных взаимодействий между электронами и могут привести к разработке новых материалов и технологий.

"В нашей статье мы предлагаем квантовое устройство, которое достаточно просто, чтобы его можно было теоретически смоделировать и экспериментально протестировать в будущем, но в то же время достаточно сложно, чтобы отображать нетривиальные возникающие частицы", - говорит Вайринен. "Наши результаты показывают, что предлагаемое устройство может реализовать возникающую частицу, называемую анионом Фибоначчи, которая может быть использована в качестве строительного блока квантового компьютера. Таким образом, устройство является многообещающим кандидатом для разработки технологии квантовых вычислений".

Это открытие может быть использовано в будущих квантовых компьютерах таким образом, чтобы сделать их более устойчивыми к декогеренции, также известной как шум.

Согласно их публикации, команда представила физически мотивированное N-канальное обобщение топологической модели Кондо. Начиная с простейшего случая N = 2, они предполагают стабильную фиксированную точку промежуточной связи и оценивают результирующую энтропию низкотемпературной примеси. Энтропия примеси указывает на то, что возникающий любой элемент Фибоначчи может быть реализован в модели N = 2.

Согласно Ли, "любой элемент Фибоначчи - это возникающая частица, обладающая тем свойством, что по мере добавления в систему новых частиц число квантовых состояний растет подобно последовательности Фибоначчи, 1, 2, 3, 5, 8, и т.д. В нашей системе небольшое квантовое устройство подключено к выводам электронов проводимости, которые будут чрезмерно экранировать устройство и могут привести к появлению сигнала Фибоначчи".

Команда также дает ряд предсказаний, которые могут быть экспериментально проверены в будущих квантовых устройствах.

"Мы оцениваем энтропию примеси при нулевой температуре и проводимость, чтобы получить экспериментально наблюдаемые сигнатуры наших результатов. В пределе большого N мы оцениваем полную перекрестную функцию, описывающую зависящую от температуры проводимость", - говорит Вайринен.

Это исследование является первым в серии, над которой будет работать команда Пердью в составе Ли и Вайринена. Они сотрудничали со старшим научным сотрудником Института исследований твердого тела Макса Планка в Германии, доктором Элио Кенигом, и опубликовали соответствующую работу "Топологический симплектический эффект Кондо" в препринте arXiv (2210.16614) 20 октября 2022 года.

Это исследование было основано на работе, поддержанной Quantum Science Center, Национальным исследовательским центром квантовой информатики Министерства энергетики США со штаб-квартирой в Национальной лаборатории DOE в Ок-Ридже. Доктор Ен Чен, профессор физики и астрономии имени Карла Ларка-Горовица и профессор электротехники и вычислительной техники, входит в Консультативный совет QSC по вопросам управления, а Пердью является одним из основных партнеров центра.