'新材料顯示出：量子計算的巨大潛力！更接近於馬約拉納費米子'

加州大學河濱分校和麻省理工學院的一個聯合科學家小組正越來越接近於證實：一種名為馬約拉納費米子奇異量子粒子的存在，這種粒子對容錯量子計算至關重要，容錯量子計算是一種量子計算方法，可以解決運行過程中的錯誤。量子計算使用量子現象來進行計算，馬約阿納費米子存在於被稱為拓撲超導體的特殊超導體邊界上。拓撲超導體的內部有一個超導隙，而外部邊界上有一個馬約阿納費米子。

馬約阿納費米子是量子物理學中最受歡迎的對象之一，因為它們是自己的反粒子，它們可以將電子的量子態一分為二，而且它們遵循的統計數據與電子不同。儘管許多人聲稱已經發現了它們，但科學家仍無法證實它們奇特的量子性質。加州大學和麻省理工學院的研究團隊克服了這一挑戰，開發了一種新的，基於金的異質結構材料系統，該系統可能被用來證明馬約拉納費米子的存在和量子性質。

異質結構材料是由截然不同的材料層組成，與各自的層相比，這些材料在一起表現出完全不同的功能。物理學和天文學助理教授、凝聚態物質實驗學家彭偉(音譯)與麻省理工學院的Jagadeesh Moodera和Patrick Lee共同領導了這項研究。

一種材料需要滿足幾個嚴格的條件才能成為拓撲超導體。馬約拉納費米子被認為是電子的一半，預計將在拓撲超導體納米線的末端發現。有趣的是，兩個馬約納費米子可以結合起來組成一個電子。

使得電子的量子態可以非本地存儲——這對於容錯量子計算來說是一個優勢。麻省理工學院(MIT)理論學家預測，在嚴格的條件下，金的異質結構可以成為拓撲超導體。由UCR-MIT團隊所做實驗已經達到了金的異質結構所需要的所有條件。實現這樣的異質結構要求很高，因為首先需要解決幾個材料物理方面的挑戰。研究表明，超導性、磁性和電子的自旋軌道耦合可以在金中共存（這是一個很難遇到的挑戰）並且可以通過異質結構與其他材料手工混合。

超導性和磁性通常不會在同一種材料中共存，金不是超導體，它表面的電子態也不是。同時研究首次表明，超導性可以被帶到金的表面狀態，這需要新的物理學。證明了使金的表面狀態成為超導體是可能的，這在以前從未被證明過，研究還表明，金表面狀態的超導電子密度是可以調諧的。這對於馬約阿納費米子的未來操控很重要，這是更好的量子計算所必需。此外，黃金錶面狀態是一個自然可伸縮的二維繫統，這意味著它允許建造馬約阿納費米子電路。