【學習強國】科學家實現可調控的馬約拉納零能模格點陣列 助力量子計算技術進一步發展
2022-06-10
文章來源: 學習強國

馬約拉納零能模是一類存在于固體材料中的準粒子,這種粒子的編織操作對于量子計算技術的進一步發展具有重要意義。

中科院物理研究所高鴻鈞院士帶領的聯合團隊首次實現了大面積、高度有序和可調控的馬約拉納零能模格點陣列,向拓撲量子計算的實現邁出了重要一步。相關成果6月8日在國際學術期刊《自然》發表。


約拉納零能模產生機理(中科院物理研究所供圖)

相比傳統計算機,量子計算機在處理復雜問題時有著巨大的優越性。然而,量子態很容易受環境干擾,產生退相干現象,從而使得計算過程中會不斷產生錯誤。而由馬約拉納零能模組成的非局域拓撲量子比特,可以從原理上解決量子退相干問題。

據介紹,在早期觀測馬約拉納零能模的載體材料中,比較有代表性的包括常規超導體近鄰下的半導體納米線、常規超導體表面的磁性原子鏈,以及超導體—拓撲絕緣體界面等。但這些材料往往存在制備困難、對極低溫的要求較苛刻等問題。

2018年,高鴻鈞團隊與合作者利用自主設計組裝的國際頂尖水平的極低溫強磁場掃描隧道顯微鏡/譜聯合系統,首次在鐵基超導體中觀測到馬約拉納零能模。與之前的載體材料相比,鐵基超導體具有材料簡單和觀測溫度高等優勢,并且可以觀測到純凈的馬約拉納零能模。隨后,他們進一步澄清了馬約拉納零能模的拓撲本質,并在更多載體平臺上發現了馬約拉納零能模。

接下來,如何獲得大面積、高度有序且可調控的馬約拉納零能模陣列,向拓撲量子計算更進一步,便成為鐵基超導馬約拉納領域亟待解決的問題。


鋰鐵砷雙軸電荷密度波區域的表征(中科院物理研究所供圖)

在最新的研究中,研究團隊對鐵基超導體鋰鐵砷進行了細致深入的研究,通過應力誘導,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。

“馬約拉納零能模的陣列和相互作用可以被外磁場很好地調控,這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基礎?!备啉欌x說。(記者張泉)

原文鏈接:https://article.xuexi.cn/articles/index.html?art_id=9015302090118379847