一个由理论和实验物理学家组成的团队设计了一种新的超薄材料，他们用它来创造难以捉摸的量子态。这些量子态被称为一维马约拉纳零能量模，可能对量子计算产生巨大影响。

 

量子计算机的核心是一个量子比特，用于进行高速计算。例如，杏耀QQ去年推出的Sycamore处理器中的谷歌和其他公司目前正在使用的量子位对计算机周围环境的噪音和干扰非常敏感， 杏耀代理谈产品 ，这会导致计算错误。一种新型的量子比特，称为拓扑量子比特，可以解决这个问题，而1D Majorana零能量模式可能是制造它们的关键。

 

拓扑量子计算机是基于拓扑量子位元的，拓扑量子位元应该比其他量子位元更能容忍噪声。然而，拓扑量子位还没有在实验室中制造出来，”该项目首席研究员Peter Liljeroth教授解释道。

 

mzm是什么?

 

MZMs是一组电子以一种特定的方式结合在一起，因此它们的行为就像一种叫做马约拉纳费米子的粒子，半神话粒子是半神话物理学家埃托雷·马约拉纳在20世纪30年代首次提出的。如果马约拉纳的理论粒子能够结合在一起，它们就会像拓扑量子比特一样工作。需要注意的是，无论是在实验室还是天文学中，都没有发现它们存在的证据。研究人员没有尝试制造一种从未在宇宙中任何地方见过的粒子，而是尝试让普通电子像它们一样运动。

 

为了制造MZMs，研究人员需要非常小的材料，这是阿尔托大学Liljeroth教授的团队所擅长的领域。MZMs是通过给一组电子特定数量的能量，然后将它们困在一起，使它们无法逃脱而形成的。为了实现这一目标，材料必须是二维的， 杏耀介绍 ，并且在物理上尽可能薄。为了制造一维MZMs，该团队需要制造一种全新的二维材料:拓扑超导体。

 

拓扑超导性是发生在磁电绝缘体和超导体边界上的性质。为了制造一维MZMs, Liljeroth教授的团队需要能够将电子聚集在拓扑超导体中，然而这并不是简单的将磁体粘在任何超导体上。

 

该研究的第一作者Shawulienu Kezilebieke博士解释说:“如果你把大部分磁体放在超导体上，你就阻止了它成为超导体。”“材料之间的相互作用会破坏它们的属性，但要制造MZMs，你需要材料之间进行一点点的相互作用。”诀窍在于使用2D材料:它们之间的相互作用刚好构成MZMs所需的属性，但又不太多，以至于相互干扰。”

 

问题的性质是自旋。在磁性材料中，自旋都是向同一方向排列的，杏耀联系而在超导体中，自旋是反向排列的，方向是交替的。将磁铁和超导体放在一起通常会破坏自旋的排列和反排列。然而，在二维分层材料中，材料之间的相互作用足以“倾斜”原子的自旋，从而产生特定的自旋状态，称为Rashba自旋轨道耦合，这是制造MZMs所需要的。

 

找到mzm

 

本研究中的拓扑超导体由一层溴化铬构成，溴化铬是一种只有一个原子厚度时仍具有磁性的材料。Liljeroth教授的团队在超导二硫化铌晶体上培育了一个原子级的溴化铬岛，并用扫描隧道显微镜测量了它们的电特性。在这一点上，他们求助于Aalto大学的Adam Foster教授和Tampere大学的Teemu Ojanen教授的计算机建模专家来理解他们所做的。

 

福斯特教授说:“我们还需要做很多模拟工作来证明我们所看到的信号是由MZMs引起的，而不是其他的影响。”“我们需要证明所有方面都是一致的，以证明我们生产出了MZMs。”

 

现在该团队确信他们可以在二维材料中制造一维MZMs，下一步将尝试将它们制成拓扑量子位元。到目前为止，这一步骤已经避开了已经做出了0维MZMs的团队，而阿尔托团队不愿意推测使用1维MZMs的过程是否会更容易，但是他们对一维MZMs的未来持乐观态度。

 

Liljeroth教授说:“这篇论文最酷的部分是我们用2D材料制作了MZMs，原则上这些材料更容易制作，更容易定制属性，并最终成为可用的设备。”