量子计算新突破，科学家找到更耐操更容易制造的马约拉纳量子比特

生活 2024年08月15日 23:24 1.1K+ 颐融

科学家通过在二维平面上制造马约拉纳粒子取得了重要突破！QuTech的研究人员成功利用超导体和半导体的材料特性，创造出了一种全新的二维平台。这项研究的灵活性让我们可以进行以前无法实现的马约拉纳实验，结果也已发表在《Nature》上。

量子计算机和传统计算机的工作原理完全不同。传统计算机使用的是比特，信息单位只能是0或1。而量子计算机使用的是量子比特（qubits），它们可以同时存在于0和1的状态中。这种叠加原理结合新的量子算法，可以让量子计算机在解决某些问题时比传统计算机更高效。然而，存储这种量子信息的量子比特比传统比特更脆弱。

马约拉纳量子比特基于拓扑保护态，这意味着小的局部干扰不会破坏量子比特的状态。这种对外部影响的鲁棒性使得马约拉纳量子比特在量子计算中非常有吸引力，量子计算新突破，科学家找到更耐操更容易制造的马约拉纳量子比特因为编码在这些状态中的量子信息可以保持更长时间的稳定。

图释：纳米器件的扫描电子显微照片，用于测量以获得论文中呈现的结果。信用：QuTech

要制造出完整的马约拉纳量子比特需要多个步骤。首先是能够可靠地工程化制造马约拉纳粒子，并证明它们确实具有作为量子比特的特殊属性。之前，QuTech的研究人员通过使用一维纳米线展示了一种新的研究马约拉纳的方法，他们创建了一个Kitaev链。在这种方法中，一系列半导体量子点通过超导体连接起来产生马约拉纳粒子。

将这一结果扩展到二维具有重要意义。第一作者BastenHaaf解释道：“通过在二维中实现Kitaev链，我们展示了其底层物理是普遍且平台无关的。”他的同事兼共同第一作者QingzhengWang补充道：“考虑到马约拉纳研究中长期存在的可重复性挑战，我们的结果确实令人鼓舞。”

图释：合著者BastenHaaf和QingzhenWang展示了马约拉纳斯对局部扰动的保护。试图推动其中一只马约拉纳人会让它的伙伴愉快地不受影响。图片来源：StudioOostrumforQuTech

共同作者BastenHaaf和QingzhenWang展示了马约拉纳对局部扰动的保护性。尝试推动一个马约拉纳粒子，它的伙伴仍然安然无恙。这一发现展示了二维系统中创建Kitaev链的能力，为未来的马约拉纳研究开辟了多条途径。首席研究员SrijitGoswami解释道：“我相信我们现在可以用马约拉纳粒子进行有趣的物理实验，以探究它们的基本属性。例如，我们可以增加Kitaev链中的站点数量，系统地研究马约拉纳粒子的保护性。”

从长远来看，二维平台的灵活性和可扩展性应该能让我们考虑具体策略来创建马约拉纳网络，并将它们与控制和读取马约拉纳量子比特所需的辅助元素集成起来。

这项研究不仅展示了马约拉纳粒子在二维系统中的可行性，还为量子计算的未来发展提供了新的思路和可能性。期待未来更多的突破和应用。

来自：科学剃刀

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