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振奮人心,華人科學家找到「天使粒子」,或可再獲諾獎,平行世界理論獲支撐

振奮人心,華人科學家找到「天使粒子」,或可再獲諾獎,平行世界理論獲支撐

正負、陰陽、善惡……這個世界彷彿充滿正反對立。英國物理學家保羅·狄拉克1928年預言,每一個基本粒子都有對應的反粒子。幾年後,科學家在宇宙射線中發現了電子的反粒子正電子,驗證了這一預言。1937年,義大利物理學家埃托雷·馬約拉納預言,自然界中可能存在一類特殊的粒子,它們的反粒子就是自身,這種正反同體的粒子被稱為馬約拉納費米子。

1937年,義大利理論物理學家埃托雷·馬約拉那(Ettore Majorana)在他的論文中猜測有這樣神奇的粒子存在,即我們今天所稱的馬約拉那費米子。不幸的是,他本人做出這一猜測後在一次乘船旅行中神秘失蹤。自此以後,尋找這一神奇粒子成為了物理學家門夢寐以求的探索目標。

2017年7月21日,由4位華人科學家領銜的科研團隊終於找到了正反同體的「天使粒子」——馬約拉那費米子,從而結束了國際物理學界對這一神秘粒子長達80年的漫長追尋。

找到天使粒子有什麼現實意義?張首晟指出,從基本科學發現到技術應用往往需要多年時間,但天使粒子的發現意味著量子計算已成為可能。

他解釋說,量子世界本質上是平行的,一個量子粒子能夠同時穿過兩個狹縫。因此,量子計算機能夠進行高度並行的計算,遠比經典計算機有效。以算術問題為例,如果給出一個很大的數字,問這個數字能否拆成兩個數字的乘積,那麼經典計算機只能用窮舉法逐一嘗試整除計算,而量子計算機可以在一瞬間同時完成所有可能項的測算。

振奮人心,華人科學家找到「天使粒子」,或可再獲諾獎,平行世界理論獲支撐

一個量子粒子能夠同時穿過兩個狹縫

然而,一個量子比特的信息非常難以存儲,微弱的環境雜訊就能毀滅其量子特性。因此,量子計算機往往被視為可望不可即的空想。

「通常情況下,量子比特只能放在一個傳統粒子內儲存,容易被干擾。但如今,天使粒子的發現提供了一種絕妙的可能性:一個量子比特能夠被拆成兩半,存儲在兩個距離十分遙遠的馬約拉那費米子上。」

張首晟說,如此一來,傳統的雜訊很難同時以同樣的方式影響這兩個馬約拉那費米子、進而毀滅所存儲的量子信息。「相較於傳統的存儲方式,基於天使粒子的存儲方式極其穩固。」

「我們提出的器件同時還是二維體系,從而允許馬約拉那費米子的糾纏和編辮,使得有效的量子計算成為可能,從而解決人類面對的一些艱難問題。」張首晟說,「我對天使粒子巡遊的量子天堂充滿興奮與期待。」

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