馬約拉納粒子在量子計算領域實現重要進步

一支國際研究團隊目前通過納米線生成了一個設備，這個設備經很有可能為馬約拉納粒子的存在提供重要證據。而一旦馬約拉納粒子被證明確實存在，它們就可以用做量子比特或者形成量子比特的基礎。這將有助於在新型量子計算機中更穩定的處理信息。

據該團隊近期發表在《自然》雜誌上的文章介紹：來自荷蘭代爾夫特理工大學、荷蘭埃因霍溫理工大學以及加州大學聖芭芭拉分校的研究者們創建了一個由納米線製成的標籤樣器件(hashtag-like device)，該器件提供了一個四路交叉口，其中兩個馬約拉納粒子可以在不相互接觸和相互毀滅的情況下，在納米線結構中交換位置。

該實驗不僅證明了馬約拉納粒子的存在，也證明了拓撲量子計算的可行性。這種基本假設主要基於一些編織現象，換句話說，編織不僅證明了馬約拉納粒子的存在，而且提供了它們可以作為拓撲量子計算機量子比特基礎的機制。

這意味著量子信息（量子比特）可以通過編輯（交換）馬約拉納粒子進行存儲和操作。研究人員認為這個編織過程應該是可以糾正錯誤的，因為結果只取決於編織操作的順序。

這種對錯誤的魯棒性(robustness)取決於馬約拉納粒子保持疊加的能力。在以前的量子計算方案中，這些確定離子中的不成對電子可以採用上或下，或者兩個數字邏輯0或1中的兩個自旋態中的任一個。當這些離子被微波脈衝擊中時，不成對的電子可以同時展現0和1狀態，這就構成了所謂的疊加。

現在，只有在很短的時間內才能保持疊加狀態，因為相鄰原子的自旋態會迅速破壞相干態。這使得量子比特的壽命太短，無法執行所需數量的量子計算。而在這個問題上，馬約拉納量子比特有著最明顯的優勢：由於其拓撲保護，馬約拉納粒子量子比特應該具有更長的相干時間。

目前該團隊已經開始了專註於基於這些馬約拉納粒子的量子比特計算工程工作，這也將涉及製造微波脈衝電路。

在下面的視頻中，我們可以看到關於如何通過半導體納米線與超導體材料的組合形成「多米卡納」的描述，以及如何在拓撲量子計算機中將其形成為量子比特。

視頻網址：

https://www.youtube.com/watch?v=XHUgetdkJmg

本文由量子計算最前沿基於相關資料原創編譯，轉載請聯繫本公眾號獲得授權。

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