【科技前沿】

　　拓撲量子計算獲突破

　　我科學(xué)家領(lǐng)銜實(shí)現大面積、高度有序和可調控的馬約拉納零能模格點(diǎn)陣列

　　光明日報北京6月8日電（記者齊芳）意大利物理學(xué)家埃托雷·馬約拉納在1937年理論預言了一種神奇的基本粒子——馬約拉納費米子，它的反粒子就是它本身。科學(xué)家們從未在現實(shí)中觀(guān)測到這種粒子，但凝聚態(tài)物理學(xué)家們卻在固體材料中發(fā)現了類(lèi)似的粒子，被稱(chēng)為“馬約拉納準粒子”或“馬約拉納零能模”。這種準粒子的編織操作被認為是實(shí)現容錯拓撲量子計算的重要途徑，是國際學(xué)術(shù)界關(guān)注的焦點(diǎn)，也是難以攻克的難點(diǎn)。

　　中國科學(xué)院物理研究所高鴻鈞研究組與靳常青研究組、美國波士頓學(xué)院的汪自強合作，實(shí)現了大面積、高度有序和可調控的馬約拉納零能模格點(diǎn)陣列，向拓撲量子計算的實(shí)現邁出了重要一步。這一成果發(fā)表在6月8日出版的國際學(xué)術(shù)期刊《自然》上。

　　“量子計算的主要挑戰在于量子態(tài)很容易受環(huán)境的干擾，產(chǎn)生退相干現象，使得計算過(guò)程中會(huì )不斷地產(chǎn)生錯誤。而由馬約拉納零能模組成的非局域拓撲量子比特可以從原理上解決量子計算無(wú)法避免的量子退相干問(wèn)題，這引起了研究人員的廣泛關(guān)注。”高鴻鈞院士介紹。

　　早在2018年，高鴻鈞研究團隊就與丁洪研究團隊合作，首次在鐵基超導材料中觀(guān)測到馬約拉納零能模。隨后的研究中，他們進(jìn)一步給出了一種鐵基超導樣品表面馬約拉納零能模存在的微觀(guān)物理機制，澄清了馬約拉納零能模的拓撲本質(zhì)。2020年，研究團隊再接再厲，觀(guān)測到了馬約拉納零能模的近量子化電導平臺特征，給出了鐵基超導體中存在馬約拉納零能模的關(guān)鍵性實(shí)驗證據。與此同時(shí)，他們還在其他鐵基超導體上觀(guān)測到了馬約拉納零能模，極大地擴展了馬約拉納零能模載體平臺。

　　高鴻鈞說(shuō)：“然而，這些鐵基超導材料體系還是存在著(zhù)材料組分不均一、磁通渦旋陣列無(wú)序且不可控以及馬約拉納零能模占比低等問(wèn)題，阻礙了其進(jìn)一步的研究和應用。”

　　最近，研究團隊對鐵基超導體鋰鐵砷進(jìn)行了細致而深入的研究，誘導出大面積、高度有序和可調控的馬約拉納零能模陣列。同時(shí)，這種有序的馬約拉納零能模陣列可被外磁場(chǎng)很好地調控——隨著(zhù)磁場(chǎng)增加，渦旋間距減小，馬約拉納零能模間的相互作用開(kāi)始凸顯。

　　有評論認為，這一發(fā)現對于實(shí)現馬約拉納零能模的編織以及拓撲量子計算具有里程碑的意義，為下一步實(shí)現馬約拉納零能模的編織以及拓撲量子計算奠定了堅實(shí)的基礎。