【中央人民廣播電臺·中國之聲】向拓撲量子計算邁出重要一步 我國科學家發現神奇粒子重要的一面
2022-06-10
文章來源: 中央人民廣播電臺·中國之聲

  北京時間6月8日晚,國際學術期刊《自然》雜志發表中國科學院物理所研究員高鴻鈞帶領團隊的一項重大發現。該團隊在鐵基超導材料鋰鐵砷中觀測到大面積、高度有序和可調控的馬約拉納零能模格點陣列。這一發現對于實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。

中國科學家在2018年首次發現“馬約拉納準粒子”

  馬約拉納費米子是一種神奇的基本粒子,它的反粒子是它自身。但到目前為止,粒子物理學家們始終未能在廣袤宇宙中找到該粒子存在的確切證據。理論學家預言,在固體材料中可能會出現與馬約拉納費米子類似的粒子,這種粒子被稱為“馬約拉納準粒子”,或是“馬約拉納零能?!?。

  2018年,中國科學院物理研究所高鴻鈞研究團隊與丁洪研究團隊合作,利用其自主設計組裝的國際頂尖水平的儀器精確測量了鐵基超導體鐵碲硒單晶樣品的超導渦旋,首次在鐵基超導體中觀測到馬約拉納零能模。高鴻鈞說,“2018年我們就發現了在鐵碲硒超導體上面,是有馬約拉納零能模存在的證據。但是還不夠,在這個領域需要進一步敲定馬約拉納零能模是一個馬約拉納準粒子,所以我們還在鐵碲硒里面觀察到了它的量子化電導平臺,進一步證明了馬約拉納零能模的存在?!?/p>


馬約拉納零能模產生機理(中科院物理所供圖)

又發現了大面積、高度有序且可調控的馬約拉納零能模陣列

  然而,這些鐵基超導材料體系還是存在著材料組分不均一、磁通渦旋陣列無序且不可控以及馬約拉納零能模占比低等問題,阻礙了其進一步的研究和應用。近日,高鴻鈞研究團隊對鐵基超導體鋰鐵砷進行了細致而深入的研究,結果在實驗上發現,應力可以誘導出大面積、高度有序和可調控的馬約拉納零能模陣列。

  論文共同第一作者、中科院物理研究所副研究員李更介紹,團隊在鐵基超導體鋰鐵砷看到,在不同的磁場下都可以形成微米尺度的、有序的馬約拉納零能模陣列。而且更重要的是,團隊通過增加磁場可以減小馬約拉納零能模之間的距離。隨著馬約拉納零能模之間的靠近,它的零能峰從一個瘦高的零能峰變成一個矮胖的零能峰。這個變化的原因就是因為當馬約拉納零能??拷臅r候,它們會發生一個劈裂,在零能峰的兩邊,所以看起來就會變成一個比較胖的峰。這表明該團隊第一次實現了馬約拉納零能模的人工調控,也是第一次觀測到它們相互耦合的證據。


團隊合影  前排右一為高鴻鈞(中科院物理所供圖)

  這一發現向拓撲量子計算更進一步

  高鴻鈞表示,這一發現首次實現了大面積、高度有序和可調控的馬約拉納零能模陣列,并觀測到了調控引起的馬約拉納零能模相互作用,為下一步實現馬約拉納零能模的編織以及拓撲量子計算奠定了堅實的基礎。

  他說,“兩個零能模之間開始相互作用了,這就為未來的所謂的糾纏或者編織提供了條件,就有可能去做未來的量子計算。隨著磁場的升高,馬約拉納零能?;ハ嗫拷?,零能峰的窄寬逐步變寬,表明高場下近鄰的馬約拉納零能模之間出現了相互耦合、相互作用,為未來的量子計算奠定了很好的基礎?!?/p>


馬約拉納零能模編織示意圖(中科院物理所供圖)

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