我科學家成功調(diào)控馬約拉納零能模陣列 對拓撲量子計算具有里程碑意義

8日，《自然》發(fā)表了一項關(guān)于馬約拉納零能模的重要成果。我國科學家首次在鐵基超導材料鋰鐵砷中成功調(diào)控大面積、高度有序的馬約拉納零能模格點陣列。這一成果對實現(xiàn)馬約拉納零能模的編織以及拓撲量子計算具有里程碑意義。

故事要從基本粒子開始。探尋構(gòu)成物質(zhì)的基本單位，是上百年來物理學家孜孜不倦的追求。他們把構(gòu)成物質(zhì)最小、最基本的單位稱為“基本粒子”。按照統(tǒng)計規(guī)律的不同，基本粒子可分為玻色子和費米子兩大類。比如，光子屬于玻色子，電子屬于費米子。對費米子而言，大多數(shù)費米子的反粒子與它本身不同。

然而，1937年，意大利理論物理學家馬約拉納預言，自然界可能存在一種與其反粒子完全相同的特殊粒子，也就是馬約拉納費米子。但此后的80多年里，粒子物理學家始終未能在廣袤宇宙中找到該粒子存在的確切證據(jù)。

幸運的是，在物理學的另一大分支——凝聚態(tài)物理領(lǐng)域，理論研究表明，在固體材料中可能會出現(xiàn)與馬約拉納費米子類似的基本粒子，這種基本粒子被稱為馬約拉納準粒子或馬約拉納零能模。

其他研究團隊合作，利用其自主設(shè)計組裝的極低溫強磁場掃描隧道顯微鏡，首次在鐵基超導材料鐵碲硒中觀測到純凈的馬約拉納零能模。隨后，他們又在其他鐵基超導材料中觀測到馬約拉納零能模。

然而，這些鐵基超導材料存在著組分不均一、馬約拉納零能模占比低等問題，阻礙了對馬約拉納零能模的進一步研究和應(yīng)用。

“如何突破當前研究瓶頸，獲得大面積、高度有序且可調(diào)控的馬約拉納零能模陣列，向拓撲量子計算更進一步，是當前鐵基超導馬約拉納領(lǐng)域亟待解決的問題之一。”高鴻鈞表示。

近幾年，高鴻鈞研究團隊對鐵基超導體鋰鐵砷進行了細致而深入的研究。功夫不負有心人!利用多年積累的強大的掃描隧道顯微鏡研究平臺和豐富的研究經(jīng)驗，研究人員通過實驗發(fā)現(xiàn)，應(yīng)力可以誘導出大面積、高度有序和可調(diào)控的馬約拉納零能模陣列，并觀測到了調(diào)控引起的馬約拉納零能模相互作用。

對此，高鴻鈞表示，這項研究為下一步實現(xiàn)馬約拉納零能模的編織以及拓撲量子計算奠定了堅實的基礎(chǔ)。(陸成寬)