Povijest topoloških kvantnih računala u čiji razvoj Microsoft polaže najviše nade i financijskih sredstava protkana je depresijom i samoubojstvima na talijanskim obalama. Fizičar Ettore Majorana možda je najmisterioznija osoba s kojom će se fizičari visokih energija susresti tijekom studija. Inspiriran radom P.A.M. Diraca na relativističkoj verziji Schröedingerove jednadžbe, predložio je postojanje fermiona koji je sam sebi antičestica. Fermioni su čestice polucjelobrojnog spina poput elektrona, kvarkova i neutrina.

Majorana se 25.3.1928. ukrcao na brod iz Palerma za Napulj i nakon toga ga nitko nije više vidio. Postoje razne verzije o tome što mu se dogodilo, znalo se da je patio od depresije te se nagađa da se ubio bacivši se s broda. Druga verzija dolazi od onih koji su previše puta gledali Kuma pa nagađaju da je ubijen kao kolateralna žrtva neke vendette.

Majoranina ideja dugo je bila samo kandidat za fizikalni opis neutrina, za koje još uvijek nemamo dovoljno eksperimentalnih dokaza jesu li ili nisu sami sebi antičestice. U zadnjih par godina njegova je ideja izronila na sasvim drugom mjestu, u poluvodičima i supravodičima, kao jedan od zanimljivijih kandidata za izgradnju kvantnih kompjutera.

Ako je teorija o Majoraninu samoubojstvu istinita, znači da je on, kao začetnik ideje koja će nam možda dati kvantna računala, podijelio sudbinu fizičara Ludwiga Boltzmana, koji nam je dao opis svog tog nereda u mikrosvijetu koji nam priječi ostvarivanje većeg broja spregnutih kubita. On je također bolovao od težeg oblika depresije te se objesio u dvorcu blizu Trsta.

Topološki kubiti temelje se na kvazičesticama koje proizlaze iz interakcija unutar materije. Takve kvazičestice putuju granicom između dva različita materijala. Njihova kvantna stanja kodirana su u različito isprepletenim stazama koje slijede u vremenu, a tako ispletene staze dovode do superpozicija kubita koji su "topološki zaštićeni" od kolapsa. Pojednostavljeni primjer koji se često voli navoditi su vezice na cipelama. Ako su kvalitetno zavezane, ostaju vezane usprkos svim udarcima i drmusanjima koje doživite kroz dan. Teoretski, takvo topološko kvantno računalo trebalo bi trošiti manje kubita na korekciju grešaka. Naravno da postoji caka; topološka zaštita radi samo kada imamo očuvan ukupni naboju u sustavu, a to zahtijeva izuzetno niske temperature i visoko kontrolirano elektromagnetsko okruženje.

Kvazičestice koje se žele iskoristiti za izgradnju topoloških kubita građene su od elektrona. Elektronska kvazičestična stanja već su duže vrijeme poznata fizičarima. Npr. Cooperovi parovi, specifična vezana stanja dva elektrona, omogućuju pojavu jedne vrste supravodljivosti. Majoranine kvazičestice isto su elektronska vezana stanja opisana Majoraninom jednadžbom tj. imale bi cijelobrojni spin i bile bi vlastite antičestice. Potencijalno postojanje Majoraninih kvazičestica ponovo je potvrđeno u radu koji je krajem prošle godine objavljen u časopisu Nature Communications. Istraživači su koristili nanožicu od slitine indija i antimona postavljenu u jako magnetsko polje (3 T)  te su u njoj opazili gibanje elektrona koje je bilo izrazito vezano sa stanjem njegovog spina tj. doveli su elektrone u stanja koje odgovaraju opisanim dvodimenzionalnim toploškim kubitima. Tako kreirani kubiti osjetljivi su na orijentaciju magnetskog polja i na geometriju cijelog sustava. Zaključak rada je, da je sve što je u njemu opaženo konzistentno s opažanjima u ranijim pokusima. Dio istraživačke zajednice traži još dodatnih provjera iako nema sumnje da takvo jednostavno kvazičestično stanje postoji. Provjere se odnose na stvaranje sustava pomoću koji se može i računati, a ne sustava gdje kvazičestice samo postoje.

Velik dio fizičara trenutno radi na povezanoj ideji, anyonima. Anyoini su kvazičestice u dvodimenzionalnom prostoru koje nisu niti fermioni (polucjelobrojni spin) niti bozoni (cjeloborojni spin), ali poput fermiona ne mogu se nalaziti u istom energetskom stanju. Dakle, putanje dva anyona ne mogu se presijecati ili spojiti, što im omogućuje da formiraju stabilne pletenice u prostorvremenu. Fizika koja je razvijena početkom dvadesetog stoljeća na fronti fizike visokih energija postala je glavni alat u fizici materijala i čvrstog stanja. Važnost ovih istraživanja prepoznata je i u Nobelovoj nagradi za fiziku 2016. godine koja je dodijeljena za otkriće topoloških faza materije. Kada razgovarate s ljudima na fronti istraživanja vidite da oni nemaju sumnje da će taj pristup izroditi prvi funkcionalni topološki kvantni kompjuter, ali ako pitate eksperimentalce, optimizam će malo splasnuti.

Da, izrazito se puno ulaže u istraživanje ali u dogledno vrijeme nećemo vidjeti funkcionalni toploški kvantni kompjuter. Nadajmo se da će i ova računalna revolucija krenuti putem Shockleyevog tranzistora.

 Doc.dr.sc. Davor Horvatić je docent na Fizičkom odsjeku Prirodoslovno-matematičkog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu. Istraživanje obavlja u području fizike elementarnih čestica gdje se bavi hadronima te u području kompleksnih sistema i mreža, s naglaskom na stohastičke procese i analizu vremenskih serija s primjenom u ekonomiji, sociologiji i medicini. Objavio je 38 znanstvenih radova  koji su citirani više od tisuću puta. Aktivno se bavi popularizacijom znanosti. Održao je više od dvije stotine popularnih predavanja te snimio desetak radijskih i televizijskih emisija. Suautor je osnovnoškolskih udžbenika fizike za sedmi i osmi razred.