量子運算有望再突破,麻省理工學院在黃金表面觀察到成對的馬約拉納費米子

作者 | 發布日期 2020 年 04 月 15 日 19:13 | 分類 尖端科技 , 電腦 Telegram share ! follow us in feedly


多年以來,科學家都在尋找馬約拉納費米子(Majorana fermions),最近麻省理工學院(MIT)物理學家在一種常見金屬表面觀察到馬約拉納費米子存在的證據:黃金。由於這是馬約拉納費米子首次被觀察到出現在可以擴大規模的平台,科學家認為,這將有助於量子運算技術發展。

在量子力學中,粒子被分為玻色子(boson)和費米子兩大種,日常物質的關鍵元素:電子、質子、中子都被歸類在費米子,而費米子又可以被分為 3 種類型:不帶質量的外爾費米子(Weyl fermion)、帶質量的狄拉克費米子(Dirac fermions)與反粒子即為自身的馬約拉納費米子。

1937 年時,義大利理論物理學家 Ettore Majorana 首次提出馬約拉納費米子存在的理論,在那之後的數十年間,科學家便一直在尋找這傳說中的神祕粒子。

過去幾年間,陸續有一些科學家都在半導體中找到馬約拉納費米子存在的證據,但一直都無法 100% 證明,同時基於半導體的裝置也讓馬約拉納費米子難以擴大製造。

《美國國家科學院院刊》(PNAS)的最新論文中,麻省理工學院團隊在自行設計、製造的材料系統中觀察到馬約拉納費米子存在的證據,團隊認為,這是打造穩定、防錯的量子位元的重要一步。

麻省理工學院設計的材料平台由超導材料釩(V)及覆蓋的金奈米線組成,上面還散布著細小、鐵磁化的硫化亞銪(EuS)「小島」,當研究人員掃描這些島嶼附近的表面時,探測到能量接近 0 的訊號峰值──根據理論,這種峰值只會由一對馬約拉那費米子產生。

麻省理工學院物理系資深研究人員 Jagadeesh Moodera 表示,馬約拉納費米子一直是人們夢寐以求的東西,而現在團隊用一種非常簡單的材料就成功看到它們。「我們證明它們就在那裡,穩定且易於拓展」。

如果可以妥善運用,馬約拉納費米子將會是理想的量子位元。這個概念是,一個量子位元由成對的馬約拉納費米子組成,每個粒子都與另一半分開,如果量子噪音影響該對中的一個,另一個應能不受影響,保持量子位元的完整性並正確執行計算。

與基於半導體的傳統方法相比,團隊的設置明顯更是易於實現且穩定,研究人員認為,這項研究對未來量子運算技術的發展將有許多幫助。

「看到成對的馬約拉納費米子是一項重要發現。下個目標是使用這些粒子真的打造一個量子位元,現在我們對如何做到這點已經有些想法。」

(首圖來源:shutterstock)

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