Matematikçiler, verimsiz bir kuantum bilgisayar yaklaşımını, daha önce önemsiz görülen parçacıkların bir sınıfını yeniden canlandırarak dönüştürmenin bir yolunu buldu. Kuantum bilgisayarlar, süperpozisyon gibi ilkeler kullanarak klasik bilgisayarların yeteneklerinin ötesindeki sorunları çözebilir. Bu, bir kuantum bitinin (kubit) hem 0 hem de 1'i aynı anda temsil edebilmesi anlamına gelir. Ancak kubitler son derece kırılgandır ve çevresiyle etkileşimler kuantum durumlarını kolayca bozabilir. Bu kırılganlık, kararlı kuantum bilgisayarlar inşa etmeyi zorlaştırmaktadır.
Nature Communications dergisinde yayınlanan yeni bir çalışmada, matematikçiler, daha önce alakasız görülen matematiksel unsurlarla eşleştirildiğinde, Ising anyonu adı verilen bir kuasiparcacık türünün bu kırılganlığın üstesinden gelmeye yardımcı olabileceğini gösterdi. Yeniden canlandırılan bileşenlere "neglectons" (ihmal edilenler) adını verdiler. Ising anyonları yalnızca iki boyutlu sistemlerde bulunur ve topolojik kuantum bilgisayarın temelini oluşturur. Bu, anyonların bilgiyi parçacıkların kendisinde değil, birbirlerinin etrafında nasıl döngülendiği veya örüldüğüyle depoladığı anlamına gelir. Bu örgü, çevresel gürültüye karşı çok daha dirençli yollarla bilgi kodlayabilir ve işleyebilir.
Ancak büyük bir sınırlama vardı. Bu sınırlama, Ising anyonlarının evrensel olmamasıydı. İşte göz ardı edilen matematiksel çalışmalar bu noktada devreye giriyor. Ekip, matematiksel nesnelerdeki simetriyi incelemek için kullanılan "yarı-basit olmayan topolojik kuantum alan teorisi" adı verilen bir teoriler sınıfını yeniden inceledi. Bu teoride her parçacığın bir kuantum boyutu vardır; bu boyut, sistemdeki ne kadar "ağırlığa" veya etkiye sahip olduğunu yansıtan bir sayıdır. Eğer bu sayı sıfırsa, parçacık genellikle atılır.
Yeni yarı-basit olmayan versiyonların temel fikri, başlangıçta sıfır ağırlığa sahip olan bu parçacıkları tutmaktır. Ardından ağırlığı ölçmenin yeni bir yolu geliştirilir ve bu sayının sıfır olmamasını sağlayacak şekilde özelliklerin belirlenmesidir. Yeniden yorumlanarak parçacıklar haline getirilen ihmal edilmiş parçalar, Ising anyonlarının eksik yeteneklerini tamamladı. Ekip, sisteme yalnızca bir neglecton ekleyerek, parçacığın sadece örgü yoluyla evrensel hesaplama yeteneğine sahip olduğunu gösterdi.
Anyonlar neden önemlidir? Anyonların iki boyuttaki tuhaf davranışlarını anlamak, onların neden önem taşıdığını görmeye yardımcı olur. Üç boyutta bozonlar ve fermiyonlar gibi parçacıklar birbirlerinin etrafında döngüler yapabilir. Ancak bu döngüler, bir ipi diğerinin üzerinden veya altından kaydırmak gibi çözülebilir. İki boyutta ise tersine, "üst" veya "alt" diye bir şey yoktur. Bu, anyonlar birbirlerinin etrafında hareket ettiğinde, yolların çözülemeyeceği anlamına gelir ve bu da temelde yeni fiziksel olaylara yol açar. Bir durumu sıfırdan başlatıp etrafında döndürdüğümde, sıfır durumunda mı kalır, yoksa bunun bir katı mı olur? Ya da bir sıfır ve bir yaratır mı? Onları karıştırıp kuantum hesaplaması yapmak için gereken süperpozisyonları yaratabilir miyim? sorusu akla gelir.
Ising anyonları ile temel nokta süperpozisyonlar yaratabilmektir. Bu işlemler, hassas konumlardan ziyade örgü yolunun genel şekline bağlı olduğundan, birçok türdeki gürültüden doğal olarak korunurlar. Bu bulgu, yarın topolojik kuantum bilgisayarlarımız olacağı anlamına gelmez. Ancak araştırmacıların tamamen yeni malzemeler veya egzotik parçacıklar icat etmek yerine, tanıdık sistemlere yeni bir matematiksel mercekle bakmaları gerekebileceğini öne sürüyor.
