量子运算有望再突破，麻省理工学院在黄金表面观察到成对的马约拉纳费米子

多年以来，科学家都在寻找马约拉纳费米子（Majorana fermions），最近麻省理工学院（MIT）物理学家在一种常见金属表面观察到马约拉纳费米子存在的证据：黄金。

　　多年以来，科学家都在寻找马约拉纳费米子（Majorana fermions），最近麻省理工学院（MIT）物理学家在一种常见金属表面观察到马约拉纳费米子存在的证据：黄金。由于这是马约拉纳费米子首次被观察到出现在可以扩大规模的平台，科学家认为，这将有助於量子运算技术发展。

图源：MIT

　　在量子力学中，粒子被分为玻色子（boson）和费米子两大种，日常物质的关键元素：电子、质子、中子都被归类在费米子，而费米子又可以被分为 3 种类型：不带质量的外尔费米子（Weyl fermion）、带质量的狄拉克费米子（Dirac fermions）与反粒子即为自身的马约拉纳费米子。

　　1937 年时，义大利理论物理学家 Ettore Majorana 首次提出马约拉纳费米子存在的理论，在那之後的数十年间，科学家便一直在寻找这传说中的神秘粒子。

　　过去几年间，陆续有一些科学家都在半导体中找到马约拉纳费米子存在的证据，但一直都无法 100% 证明，同时基于半导体的装置也让马约拉纳费米子难以扩大制造。

　　在《美国国家科学院院刊》（PNAS）的最新论文中，麻省理工学院团队在自行设计、制造的材料系统中观察到马约拉纳费米子存在的证据，团队认为，这是打造稳定、防错的量子位元的重要一步。

　　图源：shutterstock

　　麻省理工学院设计的材料平台由超导材料钒（V）及覆盖的金奈米线组成，上面还散布着细小、铁磁化的硫化亚铕（EuS）「小岛」，当研究人员扫描这些岛屿附近的表面时，探测到能量接近 0 的讯号峰值──根据理论，这种峰值只会由一对马约拉那费米子产生。

　　麻省理工学院物理系资深研究人员 Jagadeesh Moodera 表示，马约拉纳费米子一直是人们梦寐以求的东西，而现在团队用一种非常简单的材料就成功看到它们。「我们证明它们就在那里，稳定且易于拓展」。

　　如果可以妥善运用，马约拉纳费米子将会是理想的量子位元。这个概念是，一个量子位元由成对的马约拉纳费米子组成，每个粒子都与另一半分开，如果量子噪音影响该对中的一个，另一个应能不受影响，保持量子位元的完整性并正确执行计算。

　　与基於半导体的传统方法相比，团队的设置明显更是易於实现且稳定，研究人员认为，这项研究对未来量子运算技术的发展将有许多帮助。

　　「看到成对的马约拉纳费米子是一项重要发现。下个目标是使用这些粒子真的打造一个量子位元，现在我们对如何做到这点已经有些想法。」

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