V današnji ZOFFi:

• naslednje poglavje v sagi Microsoftovih topoloških kubitov,
• o poročilu Evropske agencije za okolje o ničelnem onesnaževanju za leto 2025,
• o vplivu podnebnega segrevanja na uspešnost gojenja kulturnih rastlin.

Danes poročamo o naslednjem poglavju v sagi Microsoftovih topoloških kubitov. Kmalu po naznanitvi prvega kvantnega čipa, ki temelji na topološki superprevodnosti, so se nekateri fiziki na novico odzvali z dvomom. Članek je bil objavljen februarja letos v reviji Nature. Teden dni po Microsoftovi objavi je Henry F. Legg na spletno stran za prednatise fizikalnih člankov arXiv objavil komentar, ki opozarja na pomanjkljivosti v Microsoftovih metodah. V njem izpodbija verodostojnost metode, ki jo je Microsoftova skupina uporabila kot dokaz za obstoj topoloških stanj v svojem čipu.

Lov na Majoranove delce poteka že vse od tridesetih let prejšnjega stoletja, ko je njihov obstoj napovedal italijanski fizik Ettore Majorana. Njihova posebnost je, da so sami sebi antidelci, zato lahko v superprevodnikih tvorijo zanimiva kvantna stanja topološke narave. To so Majoranova vezana stanja, ki so v teoriji znatno stabilnejša od drugih kvantnih stanj, ki jih trenutno uporabljamo kot gradnike kvantnih računalnikov – kubite. Zato obstaja na področju kvantnega računalništva veliko zanimanje za to tehnologijo; nestabilnost trenutnih kubitov je namreč ena od glavnih ovir na poti do praktično uporabnih kvantnih računalnikov.

Microsoft je v letošnjem članku v reviji Nature predstavil metodo za meritve stanj topoloških kubitov, ne pa tudi neposrednega dokaza o obstoju topoloških oziroma Majoranovih stanj v njihovem eksperimentu. Zato se je na objavo hitro odzval Legg, ki je izpostavil več pomanjkljivosti v njihovi metodi iskanja Majoranovih stanj. Legg v komentarju predstavi več pomanjkljivosti metode, imenovane topological gap protocol ali krajše TGP, ki jo je skupina uporabila kot test za prisotnost Majoranovih stanj v svojem superprevodniku. Poglejmo si nekatere iregularnosti.

Microsoftovi raziskovalci so leta 2022 v reviji Physical Review B objavili članek o tem, da bi test TGP lahko posredno pokazal obstoj Majoranovih delcev. Legg in raziskovalna skupina z univerze v Baslu pa so istega leta objavili članek, ki opozarja na nezanesljivost testa TGP pri takšnem dokazovanju. Opozorili so na možne lažno pozitivne izide testa za določene superprevodne strukture, ki imajo podobne električne odzive kot Majoranovi delci in tako prestanejo test.

Legg v svojem letošnjem članku izpostavi še tri probleme v Microsoftovem članku. To so nekonsistentne izbire parametrov v testu TGP, velika spremenljivost parametrov eksperimentalne postavitve, ki vpliva na izid testa. Poleg tega sama različica testa TGP, uporabljena v eksperimentu, ni ista kot tista, ki so jo uporabili v predhodnih teoretičnih simulacijah. Kasneje v komentarju pokaže, da različica testa, uporabljena na eksperimentalnih podatkih, vrne lažno pozitivne izide za simulacije, za katere druga različica, objavljena v njihovem lastnem članku leta 2022, vrne negativne rezultate.

Poleg dvomljivih rezultatov Microsoftove študije, objavljene leta 2025, je nenavaden že protokol objave članka o testu TGP za Majoranove delce, objavljenega leta 2022. V nasprotju s politiko revije je bil članek objavljen, ne da bi bila pripadajoča koda v celoti objavljena in dostopna vsem. Microsoft se pri tem sklicuje na skrbi glede intelektualne lastnine, zato denimo koda, s katero so preverjali test TGP, ni javno dostopna. Torej je nemogoče neodvisno preveriti delovanje testa oziroma njihove implementacije testa. Tako v temi ostaja ključen del raziskave, na katerem stoji tudi letošnje odkritje Majoranovih delcev.

Leggove kritike so podprli tudi drugi raziskovalci s področja, medtem ko Microsoft še ni podal uradnega odgovora. Chetan Nayak, vodja Microsoftove ekipe za kvantno tehnologijo, vztraja pri tem, da so s skupino zares ustvarili topološki superprevodnik. Več informacij lahko pričakujemo osemnajstega marca, ko bo Nayak Microsoftove topološke kubite zagovarjal na srečanju Ameriškega fizikalnega društva.

Evropska agencija za okolje je minuli teden objavila poročilo o prizadevanjih članic Evropske unije za tako imenovano ničelno onesnaževanje. Poročilo služi kot dveletni pregled uspešnosti članic EU v doseganju ciljev ničelnega onesnaževanja do leta 2050, namen poročila pa je tudi informiranje in usmerjanje okoljske politike. Agencija kot ničelno onesnaževanje smatra upad onesnaževanja do tega nivoja, da naj ne bi več škodovalo človeškemu zdravju. Ničelno onesnaževanje torej ne pomeni izničenja porabe in izpustov onesnažil, kot sicer nakazuje ime, ampak bolj ali manj arbitrarno mejo zmanjševanja onesnaženja.

Cilje pri doseganju ničelnega onesnaževanja okoljska agencija deli na enajst skupin. Skupine zajemajo področja odpadkov, onesnaženja zraka, izpustov pesticidov in preprečevanje izgube hranilnih snovi v tleh. Po trenutnih napovedih smo uspešni samo pri skupinah zmanjševanja uporabe in nevarnosti kemičnih pesticidov ter zmanjševanju vpliva onesnaženja zraka na zdravje za 50 odstotkov glede na vrednosti v začetku tega stoletja. Najslabše nam kaže na področjih zmanjševanja transportnega hrupa, zmanjševanja mešanih komunalnih odpadkov in zmanjševanja mikroplastike, izpuščene v okolje.

Poročilo izpostavlja tudi glavne luknje v našem trenutnem znanju o onesnaženju. Izpostavijo denimo področje mikroplastike in pesticidov. V primeru mikroplastike je problem v pomanjkanju tako tehnologije kot tudi metod za sledenje in zaznavanje delcev v različnih okoljskih vzorcih ter v pomanjkljivem razumevanju vpliva mikroplastike na človeka. Pesticidi pa so problem, ker je težko zanesljivo izmeriti njihovo uporabo. Omenijo, da so dosedanje metode mnogokrat preveč preproste, zato pogosto ne dajo dobrih oziroma zanesljivih rezultatov. Pomanjkanje znanja o porabi pesticidov pa nam otežuje napoved vpliva pesticidov na ljudi in na okolje.

Segrevanje podnebja ima pomemben vpliv na uspešnost gojenja kulturnih rastlin. Razumevanje vpliva podnebnih sprememb na pridelavo hrane pa je bilo v večini dosedanjih raziskav omejeno na omejen nabor pridelkov ali na manjše regije. Finska raziskovalna skupina je modelirala geografske spremembe v klimatskih nišah 30 pomembnih kulturnih rastlin. Upoštevali so štiri scenarije segrevanja v razponu od 1,5 do 4 stopinj Celzija. Tako so skušali predvideti preoblikovanje raznolikosti in prostorske razporeditve pridelkov ob nadaljnjem segrevanju ozračja, obenem pa omogočiti boljšo primerljivost rezultatov med regijami. Izsledke so pretekli teden objavili v reviji Nature Food.

Nišo, v kateri posamezna rastlina uspeva, so določili na osnovi klimatskih parametrov, ki jim trenutno najbolje ustrezajo. Pri tem so upoštevali letne padavine, temperaturo in sušnost določene regije. Uspevanje pridelkov v trenutnih in novih potencialnih nišah so nato analizirali ob upoštevanju štirih scenarijev segrevanja. Zanimale so jih zlasti predvidene spremembe v količini pridelka glede na trenutno pridelavo in spremembe v raznolikosti gojenih kulturnih rastlin. 

V primerih količine pridelka in raznolikosti rastlin so projekcije najbolj zaskrbljujoče za ekvatorialne in subtropske regije. Model denimo na področju Bližnjega vzhoda in Severne Afrike napoveduje zmanjšanje pridelka na manj kot polovico trenutne pridelave že ob segrevanju za stopinjo in pol. Na tem področju predpostavljajo neustreznost klimatskih razmer v pripadajočih nišah že ob segrevanju za manj kot 2 stopinji Celzija za kar tretjino trenutnih pridelkov. 

Raznolikost pridelkov naj bi se v skladu s projekcijami najbolj zmanjšala na področju Podsaharske Afrike. Zmanjšanje raznolikosti v razponu od 75 do 100 odstotkov bi pri segrevanju za 4 stopinje prizadelo kar 68 odstotkov trenutnih polj v regiji. Manjša raznolikost pridelkov je zaskrbljujoča tudi s stališča izpostavljenosti škodljivcem in prilagodljivosti na ekstremne vremenske pojave. Nasprotno pa na višjih zemljepisnih širinah predvidevajo povečanje raznolikosti potencialnih pridelkov, kar pomeni tudi več priložnosti za prilagoditve na podnebne spremembe. To lahko dosežemo s kolobarjenjem ali selektivnim gojenjem pridelkov, ki v danih razmerah bolje uspevajo. 

Rezultati osvetljujejo globalno neravnovesje v prilagodljivosti kmetijske dejavnosti na segrevanje ozračja na različnih zemljepisnih širinah. Kljub povečanju raznolikosti v nekaterih regijah pa se bo globalna raznolikost gojenih kulturnih rastlin glede na projekcije pri segrevanju za 2 stopinji ali več znižala za več kot 50 odstotkov. Zmanjšanje pridelka v ekvatorialnih regijah bo pomembno vplivalo na zanesljivost preskrbe s hrano, kar kaže na ranljivost globalnega prehranskega sistema ob segrevanju ozračja.

Zoffo sta pripravila Gaja in Oskar.