馬約拉納費米子來了，量子計算機還會遠嗎？
?近日，我國科學家觀察到證明馬約拉納費米子存在的直接證據——自旋極化電流的現象，這是自1937年關於馬約拉納費米子預言後80年後，科學家首次直接觀察到該粒子存在的有力證據。相關成果6月22日在線發表於《物理評論快報》。
今年年初，上海交大賈金鋒研究組與浙江大學許祝安、張富春研究組，南京大學李紹春研究組及美國麻省理工學院傅亮等合作，率先觀測到拓撲超導體渦旋中存在該粒子的重要證據。
賈金鋒在實驗室工作?
馬約拉納費米子作為一種基本粒子，和其他基本粒子有很大不同。我們知道，物理學最小的基本粒子分為兩大類：費米子家族（如電子、質子）和玻色子家族（如光子、介子）。一般認為，每一種粒子都有其反粒子，如費米子與其反粒子就像一對長相一樣但脾氣相反的孿生子，一見面就「大打出手」，產生的能量會使其瞬間湮滅。
1937年，義大利物理學家埃托雷·馬約拉納預言，自然界中或存在一類特殊費米子，該粒子與其反粒子長相、脾氣完全相同，這種費米子被稱為「馬約拉納費米子」。
據賈金鋒介紹，他們發現的馬約拉納費米子並不是一個傳統意義上的粒子，而是一種准粒子，但其同樣符合馬約拉納的預言。准粒子是描述某種體系中大量粒子集體行為的一種方法，即把傳統意義上某種粒子集體行為的某些表現，看作是一個粒子的行為。這樣可以簡化模型，便於正確表述某些具體物理現象背後的機理。
根據理論預言，在拓撲絕緣體上放置超導材料科研實現拓撲超導，但這一直事材料科學領域的難題。針對超導材料的覆蓋使得馬約拉納費米子很難被探測到的問題，賈金鋒團隊另闢蹊徑，把超導材料放在了拓撲絕緣體下面，直接把喜歡捉迷藏的馬約拉納費米子從「暗處」擺到了「明面」上，這為尋找其蹤跡奠定了重要的材料基礎。
觀測馬約拉納費米子自旋極化電流現象是提供了一種用相互作用調控馬約拉納費米子存在的有效方法，也為觀察神秘的馬約拉納費米子提供了一個直接測量的辦法。
對此，科學家紛紛表示，該成果打開了一扇新的窗戶，將為材料科學帶來革命性進步。美國科學院院士、麻省理工學院教授Patrick Lee認為，該實驗把最高水平的樣品生長和掃描隧道顯微鏡測量結合在一起，在一個真空室中完成，是一項「曠世科學傑作」。
清華大學副校長薛其坤院士認為，該團隊在國際上首先製備出拓撲絕緣體/超導體異質結是材料科學的一個突破，也使其「在這場競賽中佔據了戰略制高點」。此次研究不僅首次證明了馬約拉納粒子模的存在，也使利用其進行拓撲量子計算成為可能。
另外，科學家預期，馬約拉納費米子的研究成果將為量子計算機的製造提供更好選擇。與普通計算機通過二進位方式處理數據不同，量子計算機是一種基於量子物理機理處理數據的計算機。它對數據的處理速度驚人，如果把量子計算機比作飛機的話，那麼普通計算機只能算是自行車。
馬約拉納費米子來了，我們距離量子計算機或許還有多遠的路要走，但是，我們已經踏上了這條路。
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