近期一份发表在《自然》（Nature）期刊上的研究称，利用超薄的材料造出了科学家一直在探索的马约拉纳（Majorana）量子态，为造出抗干扰性能强的量子比特奠定了基础。

马约拉纳费米子（fermion）是意大利理论物理学家埃托雷?马约拉纳（Ettore Majorana）1937年提出的一种假设的粒子。它具有粒子的特性，但却不是真正的粒子。现在科学家认为这种粒子是解决量子比特不稳定性的优质方案之一。

这份研究称造出了一种神秘的量子态——一维马约拉纳零能量模式（MZMs）。

量子计算机的核心是量子比特材料的选择。谷歌去年高调宣布的梧桐（Sycamore）处理器和其它几家公司研发的处理器所使用的量子比特，抗干扰性能比较差，出错率较高。研究人员认为新型的拓扑量子比特能够解决这个问题，而一维马约拉纳零能量模式正是制造这种量子比特的核心所在。

项目负责人芬兰阿尔托大学（Aalto University）的利耶罗斯（Peter Liljeroth）说：“拓扑量子电脑以拓扑量子比特为基础，理论上比其它量子比特的抗干扰性能好。”

什么是马约拉纳零能模

这是一组以特殊的方式绑定在一起的电子，它们整体的行为就像一个马约拉纳费米子一样。困难的是，科学家从未在宇宙中观测到这种粒子，也没在实验室造出过。

研究人员考虑，给予一组电子特定的、很小的一个能量值，把它们围在一起，不要让任何电子离开，以创造MZMs。为了实现这一点，材料必须是扁平的，越薄越好。研究人员需要一种全新的平面材料——拓扑超导体才能实现一维马约拉纳零能模。

研究介绍说，拓扑超导是在磁电绝缘层和超导体交界处的特性。研究人员目标把电子困在拓扑超导体内，可是，这不是简单地把任何磁铁黏在任何一块超导体上面就能实现。

“对于多数的磁铁来说，当你把它放在超导体上面的时候，将破坏超导体的超导特性。”研究作者之一凯齐别克（Shawulienu Kezilebieke）说，“两种材料的互动破坏了它们的特性 。为了造出MZMs，必须限制两种材料只有少量互动。因此使用非常薄的平面材料是关键：这让材料之间既有足够的互动产生MZMs特性，又不会互动太多而互相损害。”

这项研究使用的超导体是一层溴化铬，只有一层原子的厚度，并带有磁性。

最后，研究组需要电脑模型专家的帮助证明他们的产物。合作研究员电脑建模专家福斯特（Adam Foster）说：“需要大量模拟工作证明，我们看到的信号是来自MZMs，我们得证明各方面特征全都符合。”

研究组表示，他们确信通过平面材料已经造出了一维马约拉纳零能模，接下来，他们将尝试用它们造出量子比特。

文章来源：《量子电子学报》 网址: http://www.lzdzxbzz.cn/zonghexinwen/2021/1001/1196.html

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