מחשב קוונטי טופולוגי

מחשב קוונטי טופולוגי הוא מימוש של מחשב קוונטי. הוא משתמש באניונים, סוג של קוואזי-חלקיק המופיע במערכות דו-ממדיות. קווי העולם של האניונים שזורים זה בזה ויוצרים צמות במרחב-זמן תלת-ממדי (ממד זמני אחד ושני ממד מרחבי). הצמות משמשות כהגדרה של הקיוביט עבור המחשב. היתרון העיקרי של שימוש בצמות קוונטיות על פני חלקיקים קוונטיים לכודים הוא ביציבותם. בעוד שהפרעות קטנות אך מצטברות יכולות לגרום למצבים קוונטיים להתפרק ולהכניס שגיאות בחישובים קוונטיים מסורתיים, הפרעות כאלה אינן משנות את התכונות הטופולוגיות של הצמות. יציבות זו דומה להבדל בין חיתוך וחיבור מחדש של חוט ליצירת צמה שונה לעומת כדור (המייצג חלקיק קוונטי רגיל במרחב-זמן) שמתנגש בקיר. הרעיון הוצעה על ידי הפיזיקאי הרוסי-אמריקאי אלכסיי קיטאייב בשנת 1997.

בעוד שהאלמנטים של מחשב קוונטי טופולוגי מקורם בתחום מתמטי טהור, ניסויים במערכות הול קוונטיות חלקיות מצביעים על כך שייתכן שיסודות אלה נוצרו בעולם האמיתי באמצעות מוליכים למחצה העשויים גליום ארסניד בטמפרטורה נמוכה מאוד של כמעט אפס מוחלט וכפופים לשדות מגנטיים חזקים.

 מבוא 
אניונים הם קוואזי-חלקיקים במרחב דו-ממדי. אניונים אינם פרמיונים ואינם בוזונים, אך כמו פרמיונים, הם אינם יכולים להיות באותו מצב. לפיכך, קווי העולם של שני אניונים אינם יכולים להצטלב או להתמזג, מה שמאפשר לנתיבים שלהם ליצור צמות יציבות במרחב-זמן. אניונים יכולים להיווצר מעירורים בגז אלקטרונים דו-ממדי קר בשדה מגנטי חזק מאוד ולשאת יחידות חלקיות של שטף מגנטי. תופעה זו נקראת תופעת הול הקוונטי החלקי. במערכות מעבדה טיפוסיות, גז האלקטרונים תופס שכבה דקה מאוד של מוליכה למחצה, המותקנת בין שכבות של אלומיניום גליום ארסניד.

כאשר אניונים קלועים, הטרנספורמציה של המצב הקוונטי של המערכת תלויה רק במחלקה הטופולוגית של מסלולי האניונים (אשר מסווגים לפי קבוצת הקליעה). לכן, המידע הקוונטי המאוחסן במצב המערכת אינו חף משגיאות קטנות במסלולים. בשנת 2005, סנקר דאס סארמה, מייקל פרידמן וצ'טן נאיאק הציעו התקן הול קוונטי שיממש קיוביט טופולוגי. בשנת 2005, ולדימיר ג'. גולדמן, פרננדו א. קמינו ווי ג'ואו טענו שיצרו וצפו בראיות הניסוייות הראשונות לשימוש באפקט הול קוונטי חלקי כדי ליצור אניונים אמיתיים, אם כי אחרים הציעו שתוצאותיהם עשויות להיות תוצר של תופעות שאינן כוללות אניונים. אניונים לא-אבליים, מין הנדרש למחשבים קוונטיים טופולוגיים, טרם אושרו בניסוי. נמצאו ראיות ניסיוניות אפשריות, אך המסקנות נותרות שנויות במחלוקת. בשנת 2018, מדענים טענו שוב שהפרידו את חלקיקי Majorana הנדרשים, אך הממצא בוטל בשנת 2021. "מגזין קוואנטה" הצהיר בשנת 2021 כי "אף אחד לא הצליח להוכיח בצורה חד משמעית את קיומו של אפילו קוואזי-חלקיק יחיד", למרות שבשנת 2023 יצא מאמר חדש של המגזין סיקר כמה פרסומים מוקדמים של גוגל וקוונטינום הטוענים למימוש של אניונים לא אבליים על מעבדים קוונטיים, הראשון השתמש בקוד toric עם פגמי עיקום כפגם טופולוגי בעוד שהשני השתמש בפרוטוקול שונה אך קשור, ששניהם ניתנים להבנתם כמצבים קשורים של Majorana בתיקון שגיאות קוונטיות.

 הערות שוליים 

קטגוריה:טופולוגיה
קטגוריה:סוגי מחשבים
קטגוריה:חישוב קוונטי