問題
Can topological quantum computing be realized?
拓撲量子計算可以實現嗎?
為什麼在這裡問
物理學問題里有一個量子計算的問題:熵議125個科學問題-物理17:量子計算機還有多遠?人類封神之後。為什麼還要在這裡問?
大概還是因為拓撲量子計算的的基礎還是在理論層面。
尤其是考慮到2021年3月(這也是這125個科學問題發布的年費)的爆炸性文章doi:doi.org/10.1038/d41586-021-00612-z,「Evidence of elusive Majorana particle dies — but computing hope lives on」,否認了2018年發現馬約拉納費米子的文章「Quantized Majorana conductance」(doi:Quantized Majorana conductance) 。這應該是這個問題在2021年版本的信息學問題中出現的而原因。
兩篇文章實際來自同一個作者(該作者來自微軟,而微軟也是拓撲量子計算路線的只要支持者--當然還有其他合作者)。自己否認自己我們自然欽佩其精神,但也表示馬約拉納費米子確實還未被發現,而是停留在理論。
關鍵聚焦到馬約拉納費米子。
天使粒子
概念來自馬約拉納,他於1937年對狄拉克方程式改寫得到了馬約拉納方程式,可以描述中性自旋1/2粒子(辦整數自旋是費米子特性),因而滿足這一方程的粒子為自身的反粒子。(中微子的特性還不那麼確定,有「可能」是馬拉約那費米子,其他的還沒有被觀察發現。)
馬拉約那費米子的非阿貝爾統計特性使得它有可能被用於拓撲量子計算機。而且,也是拓撲量子計算的主要實現方案。
現有的每個費米子都有其反粒子,話句話說,馬約拉納費米子其實是在說宇宙一定有「正反同體」的費米子粒子存在。
美國華裔物理學家、中國科學院外籍院士張首晟是馬約拉納費米子的研究者(2018年去世),他為手性馬約拉納費米子取了一個通俗名字——「天使粒子」,翻閱文獻,這個天使粒子傾注了華人科學家的心血。
天使一定會存在嗎?
數學合理與物理實在
這個問題很學術,也擔心說錯了,影響不好。所以這裡只是想探討下數學與物理的關係,因為這個問題里集中體現了其中的矛盾。
馬約拉納方程自然是數學上沒有問題,但數學上合理的是否一定在物理上存在?個人觀點,物理世界遵從數學規律,但數學上合理的規律不一定是物理實在。
比如其中最難解釋(在根本上是無法解釋的)的是幾個宇宙常數G,C,h。這幾個常數變一點又會怎樣呢?那些方程仍然是成立的。
這一點說明:物理服從數學,但不是純數學。
費米子不存在反粒子,似乎可以是宇宙學常數之外一條自然的先驗性設定,也不引起什麼矛盾。
回到問題
天使粒子存在不存在的可能(好吧,就是這麼繞)。
這條路可能不通。
微軟或許很受傷。
上帝:你怎麼突然不自信了。
雲智熵:需要對科學家的付出保持尊重。