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科學家發現「天使粒子」,對人類有什麼重大影響?

宇宙中的每一種基本粒子都有相對應的反粒子,二者質量相同,但電荷相反。如果粒子與其反粒子相遇,就會彼此湮滅,並釋放出能量。但早有理論指出,這一規則有個例外:某些粒子的反粒子是其本身。

現在,斯坦福大學和加州大學的科學家發現了此類粒子的第一個有力證據,他們稱之為「天使粒子」。

最可能發現馬約拉納費米子的方法是尋找「准粒子」。顧名思義,准粒子不是天然粒子,但它們產生於電子的集體行為,具有粒子的某些特性。《大英百科全書》把准粒子比喻成飲料中的氣泡:氣泡也產生於飲料中化學物質的「集體行為」,雖然它們實際上不是獨立存在的物體,但氣泡確實擁有物體的可量度特性,包括大小、形狀等等。

同樣,雖然准粒子只有在特定的情況下才會出現,但如果它們表現出所有恰當的特性,就可以被視作馬約拉納費米子。現在,斯坦福大學和加州大學的研究人員聲稱,他們已經發現了確鑿證據,證明馬約拉納費米子是真實存在的。

為了讓這些奇特的准粒子現身,該團隊仔細構建了他們的「飲料」,將兩種量子材料製成的薄膜堆疊在一起。其結果是一個超導拓撲絕緣體,使電子沿著材料表面的邊緣快速運動,但並不從中間通過。給這個拓撲絕緣體添加少量磁性材料,這使電子沿著一邊朝一個方向移動,沿著另一邊朝相反的方向移動。

然後,研究人員用一塊磁鐵從材料上方掃過,導致所有電子減速、停止移動並改變方向。該團隊把這種忽動忽停的交錯運動比喻成樓梯的台階。准粒子開始從材料中成對地出現,沿著和電子一致的路線運動,但這裡有一個重要區別:當它們停下和改變方向時,它們的「台階」剛好是電子的一半。這是因為每個准粒子實質上只是半個粒子,每對準粒子中的一個會在途中丟失。這一現象正是該團隊一直在尋找的證據。

天使粒子的發現意味著量子計算已成為可能。

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。

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