新型設備發現量子粒子「指紋」

大學研究人員在超導材料上採用由磁性絕緣層組成的器件觀察馬約拉納粒子(majorana particles)。該進展打開了粒子控制的大門，是量子計算的替代「拓撲」方法的一部分。

加利福尼亞大學洛杉磯分校利用電子器件觀察到了馬約拉納粒子，替代了半導體納米線以及其它以前的方法，該電子器件包含磁性拓撲絕緣體疊層，材料放在超導體頂部。

陸軍研究辦公室喬秋(Joe Qiu)稱，早期的裝置在觀察馬約拉納粒子時產生了模稜兩可的結果，這可能由於其它效應，導致馬約拉納粒子產生了「不確定的信號」。(加州大學洛杉磯分校的研究由美國陸軍研究實驗室資助)。喬秋補充道，相比之下，加州大學洛杉磯分校的實驗是迄今為止理論預測馬約拉納粒子的最清楚和最明確的證據。

該裝置由超導體(藍條)和磁性拓撲絕緣體(灰條)組成。馬約拉納粒子在電子設備的傳輸通道中（以紅色、粉紅色、藍色和黃色顯示）。來源：UCLA

該裝置展示了通過傳輸通道引導馬約拉納粒子的能力（見上圖）。研究人員在消除電子阻抗的超導體頂部放置了一層拓撲絕緣體薄膜。該裝置使研究人員可以以特定模式操縱粒子。在器件上施加一個微小的磁場後，研究人員在材料間的電信號中檢測到馬約拉納粒子「明顯的量化信號」。研究人員斷言，信號代表了馬約拉納粒子的「指紋」。

微軟和研究人員正在追求拓撲方法，替代Google、IBM和D-Wave Systems等初創公司追求的量子計算方法。馬約拉納方法能增強穩定性和減少糾錯。其他研究人員繼續追求納米線的方法，產生了有關粒子存在的類似證據。這些方法提高了控制馬約拉納費米子的可能性。對於拓撲量子計算來說，它是一個理論粒子，是自己的「反粒子」。

研究人員指出，神秘粒子的其它特性使其成為量子計算的主要候選者。神秘粒子的中性電荷使其更能抵抗外部干擾。這個特性意味著粒子可以幫助維持量子糾纏，是量子物理學中的一種短暫的特性。

該特性將允許單獨的粒子同時對信息進行編碼，是計算能力的巨大飛躍。

加州大學洛杉磯分校博士後研究員何林清(Qing Lin He)解釋道，「雖然它們不是電子片斷，但馬約拉納粒子表現出了一半的電子特性。我們觀察到了量子行為，我們看到的信號清楚地表明了這些粒子的存在。」

研究人員補充道，粒子沿著拓撲絕緣體的邊緣以「辮狀」的方式傳播。未來的研究將集中在量子編織中使用馬約拉納粒子，它們將編織在一起，允許量子級數據存儲和處理。

「在拓撲量子計算機中編碼的信息不容易被破壞，」加州大學洛杉磯分校潘雷(Lei Pan)補充道，「使用馬約拉納粒子構建量子計算機令人興奮的是該系統具有容錯能力。」

本文由量子計算最前沿基於相關資料原創編譯，轉載請聯繫本公眾號獲得授權。

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