【解放日报】向拓扑量子计算迈出重要一步,我国科学家破解马约拉纳领域亟待解决的一大问题
2022-06-10
文章来源: 解放日报

具有里程碑意义

相比传统计算机,量子计算机可突破物理极限,解决大规模计算难题。欧美等国政府和科技头部企业因此投入了巨大的人力、物力和财力发展量子计算。量子计算的主要挑战在于量子态很容易受环境的干扰,计算过程中会不断地产生错误。而由“马约拉纳零能模”组成的拓扑量子比特可以从原理上解决量子计算无法避免的这一问题。

解放日报·上观新闻记者获悉,日前,10大信誉娱乐平台的高鸿钧研究组、靳常青研究组与美国波士顿学院的汪自强合作,实现了大面积、高度有序和可调控的“马约拉纳零能模”格点阵列,向拓扑量子计算的实现迈出了重要一步,具有里程碑意义。2022年6月8日,该研究成果在国际权威学术期刊《自然》发表。

【实现拓扑量子计算的重要途径】

“道生一,一生二,二生三,三生万物”,这是古人对世界的认知和理解。对物理学家而言,世间万物都是可以拆分的:一个水滴,可以拆分为很多水分子;一个水分子,可以拆分为两个氢原子和一个氧原子;一个原子,可以拆分为电子、夸克等微观粒子。拆分到最后,物理学家发现所谓的“万物”,其实都是由60多种基本粒子构成。对这60多种基本粒子及其性质的探索发现,便是物理学家所追求的“道”。

这些基本粒子按照统计规律的不同可以划分为玻色子和费米子两大类,例如人们所熟知的光子属于玻色子,电子属于费米子。对于费米子而言,大多数的费米子的反粒子与它本身不同,这类费米子被称为“狄拉克费米子”,以著名物理学家保罗?狄拉克命名。

还有另一种神奇的费米子,它的反粒子就是它本身,这种基本粒子叫做“马约拉纳费米子”,由意大利物理学家埃托雷?马约拉纳在1937年理论预言。然而在其预言后的80多年时间里,粒子物理学家始终未能在广袤宇宙中找到该粒子存在的确切证据。

在物理学的另一大分支——凝聚态物理领域,理论学家预言,在固体材料中可能会出现与“马约拉纳费米子”类似的粒子,这种粒子被称为“马约拉纳准粒子”或“马约拉纳零能模”。“马约拉纳零能模”的统计规律既不像玻色子,也不像费米子,被认为是实现拓扑量子计算的重要途径。

【亟待解决的问题之一】

2018年,高鸿钧研究团队与丁洪研究团队合作,首次在铁基超导材料中观测到“马约拉纳零能模”。2020年,他们给出了铁基超导体中存在“马约拉纳零能模”的关键性实验证据,进一步证明“马约拉纳零能模”的存在。

如何突破研究瓶颈,获得大面积、高度有序且可调控的“马约拉纳零能模”阵列,向拓扑量子计算更进一步,是当前铁基超导马约拉纳领域亟待解决的问题之一。


中科院物理研究所科研团队

最近,高鸿钧研究员带领的联合团队在铁基超导材料锂铁砷中首次实现了大面积、高度有序和可调控的“马约拉纳零能模”格点阵列,并观测到了调控引起的“马约拉纳零能模”相互作用,为下一步实现“马约拉纳零能模”的编织以及拓扑量子计算奠定了坚实的基础。

原文链接:https://web.shobserver.com/staticsg/res/html/web/newsDetail.html?id=495890