【科技前沿】

　　拓撲量子計算獲突破

　　我科學家領銜實現大面積、高度有序和可調控的馬約拉納零能模格點陣列

　　光明日報北京6月8日電（記者齊芳）意大利物理學家埃托雷·馬約拉納在1937年理論預言了一種神奇的基本粒子——馬約拉納費米子，它的反粒子就是它本身。科學家們從未在現實中觀測到這種粒子，但凝聚態物理學家們卻在固體材料中發現了類似的粒子，被稱為“馬約拉納準粒子”或“馬約拉納零能模”。這種準粒子的編織操作被認為是實現容錯拓撲量子計算的重要途徑，是國際學術界關注的焦點，也是難以攻克的難點。

　　中國科學院物理研究所高鴻鈞研究組與靳常青研究組、美國波士頓學院的汪自強合作，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。這一成果發表在6月8日出版的國際學術期刊《自然》上。

　　“量子計算的主要挑戰在于量子態很容易受環境的干擾，產生退相干現象，使得計算過程中會不斷地產生錯誤。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計算無法避免的量子退相干問題，這引起了研究人員的廣泛關注。”高鴻鈞院士介紹。

　　早在2018年，高鴻鈞研究團隊就與丁洪研究團隊合作，首次在鐵基超導材料中觀測到馬約拉納零能模。隨后的研究中，他們進一步給出了一種鐵基超導樣品表面馬約拉納零能模存在的微觀物理機制，澄清了馬約拉納零能模的拓撲本質。2020年，研究團隊再接再厲，觀測到了馬約拉納零能模的近量子化電導平臺特征，給出了鐵基超導體中存在馬約拉納零能模的關鍵性實驗證據。與此同時，他們還在其他鐵基超導體上觀測到了馬約拉納零能模，極大地擴展了馬約拉納零能模載體平臺。

　　高鴻鈞說：“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。”

　　最近，研究團隊對鐵基超導體鋰鐵砷進行了細致而深入的研究，誘導出大面積、高度有序和可調控的馬約拉納零能模陣列。同時，這種有序的馬約拉納零能模陣列可被外磁場很好地調控——隨著磁場增加，渦旋間距減小，馬約拉納零能模間的相互作用開始凸顯。

　　有評論認為，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，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。