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MIT初次在金中发现马约拉纳粒子,有助于高容错量子计算机研制

美国麻省理工学院的物理学家日前成功在一种常见金属——“金”的外表,实践调查到了马约拉纳粒子,证明了其存在。这为高“容错”型量子核算机研制敞开了新的或许。这项研讨宣布在《美国国家科学院院刊》上。费米粒子…

美国麻省理工学院的物理学家日前成功在一种常见金属——“金”的外表,实践调查到了马约拉纳粒子,证明了其存在。这为高 “容错” 型量子核算机研制敞开了新的或许。这项研讨宣布在《美国国家科学院院刊》上。

费米粒子是物理学中的一种基本粒子,全部自旋为 1/2 的粒子,比方电子、质子和中子,其实在分类上都是费米粒子。费米粒子的概念最早由英国物理学家保罗 · 狄拉克 提出,以为每个费米粒子在世界中都存在着一个与之相对的反粒子。

后来到了 1937 年,意大利物理学家艾托尔 · 马约拉纳进一步开展了该理论,以为费米粒子中有些粒子,也便是咱们这儿所说的马约拉纳粒子,与其反粒子在各项性质上其实是无法区别的。这后来在物理学界掀起了一股寻觅马约拉纳粒子的热潮,乃至一向继续到了现在。

此前已有理论以为,中微子便是马约拉纳粒子的一种,但没有实证。除此之外,也有理论提出,马约拉纳粒子或能在一些特别条件下在固体中被调查到。而麻省理工学院的这项研讨给出了实证。

图 | 此次研讨中,“金”外表的马约拉纳粒子幻想概念图。

该研讨经过规划并培育在超导资料 “钒” 上成长的纳米级金丝,在金丝上层外表检测电导率承认资料的超导区域,然后再调查在这些金丝上所散布的,具有 “磁性”的微型硫化铕“小岛”,并终究成功在能谱中检测到了代表着 “马约拉纳粒子存在” 的挨近零的能量特征信号。

麻省理工学院物理系资深研讨员 Jagadeesh Moodera 说:“好久以来,咱们都在想尽办法想在试验中实践检测到马约拉纳粒子的存在,而现在咱们做到了,且证明了它们可被以一种安稳的办法轻松拓宽。”

论文一同作者、麻省理工学院的 Patrick Lee 以为,鉴于他们现已成功发现,并在必定程度了探求了“马约拉纳粒子的可拓宽性”,下一步的有关研讨方向或是量子核算机中的量子比特开发。

在量子核算机的研制过程中,此前就曾有人提出过 “将马约拉纳粒子作为量子比特” 的主意,即一个量子比特由一对马约拉纳粒子构成,核算中或许呈现的 “噪声” 只会影响两个马约拉纳粒子中的一个,从而使另一个正常作业,让量子核算机免受 “噪声” 影响,继续核算。

但是,尽管人们曾经一向致力于在半导体,或超导资猜中寻觅因资料超导而导致的粒子割裂所或许会发生的马约拉纳粒子,并且就在此次研讨宣布前,科学家们还很难将这种超导资料的巨细按量子核算所需的份额在资料成长过程中扩大,以的确地调查到马约拉纳粒子并对其加以使用。

Patrick Lee 在大约 10 年前带一个研讨生做项目的时分,萌生了 “或许咱们也能够从常见类金属资猜中试试看能不能找到马约拉纳粒子” 的主意,其背面的逻辑在于,金属在与超导体相邻时会变得超导,而在试验中,科学家们也常常会将包含金在内的各种金属制成超导资料,而假如咱们能将金制为超导资料,并检测其外表的原子状况,金就有或许能被作为一个 “洁净” 的、用以检测马约拉纳粒子是否存在的准确原子体系。而依据 Jagadeesh Moodera 此前在铁磁绝缘子上研讨,假如这种绝缘子被放在超导金的外表,研讨人员就很有或许能在其间发现马约拉纳粒子存在的依据,而这也终究让发现了这一点的 Patrick Lee 和 Jagadeesh Moodera 走到了一同。

Jagadeesh Moodera 说:“除了的确发现马约拉纳粒子的存在,另一个值得注意的点是,咱们在此次研讨中的资料制备办法较传统的‘根据半导体生成量子位’的办法更为安稳,资料自身仅仅一个将金放置在铁磁体与超导体间的‘三明治’结构,而这也使其在造价上具有相对来说更或许被商业化的优势。”

论文一同作者,前麻省理工学院博士后,现在美国加州大学河岸分校作业的 Peng Wei 以为,研讨的下一个方向或将首要针对怎么掌控和使用马约拉纳粒子。Peng Wei 说:“能实践在常见金属这样的通用性更高的渠道中调查到马约拉纳粒子十分重要,这为咱们今后对其加以使用打下了根底,而现在咱们已然现已成功做到了这一点,研讨的下一个方针就要考虑该怎么用马约拉纳粒子构建量子比特了,而咱们现在对此也现已有了一些设想。”

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