“神秘的Majorana准粒子现在更接近于量子计算的控制”

majorana粒子和意大利科学家一样神秘，是物理学中最引人注目的任务之一。

它的名声源于它独特的属性，它是唯一的粒子，它是自己的反粒子，同时它的潜力可以用于未来的量子计算。

近年来，包括普林斯顿大学团队在内的少数团体报告了从各种材料中找到majorana，但挑战是如何操作量子计算。

在本周发表的新研究中，普林斯顿大学的研究小组报告了控制majorana准粒子的方法，这样的方法也变得更强健了。 该装置将超导体和称为拓扑绝缘体的特殊材料组合在一起，使majoranas能够抵抗特别是来自外部环境的热量和振动引起的破坏。 更重要的是，该团队演示了如何使用内置在设备中的小磁铁打开或关闭majorana。 这个报告发表在科学杂志上。

通过这项新的研究，我们现在有了在材料中设计majorana准粒子的新做法。 1909年的物理学教授，该研究的资深作者ali yazdani说。 我们可以通过将它们成像来验证它们的存在，我们可以表示它们的预测属性。

majorana命名为物理学家ettore majorana，预测只有在1937年粒子的存在在意大利沿海渡轮旅行中神秘消失的一年前。 建立了与物理学家保罗·狄拉克在1928年预测电子需要带有反粒子的逻辑相同的逻辑，后来被证明是正电子。 majorana理论上存在一个粒子，它是自己的反粒子。

一般来说，物质和反物质凝聚后，它们会因强能量释放而相互消失，但如果majoranas在特别设计的电线的任意一端配对，它们就会在比较稳定的同时与该环境发生弱的相互作用。 这些配对可以将量子新闻存储在两个不同的位置，因此需要改变量子态，需要在线两端进行操作，因此抗干扰能力相对较强。

这个能力吸引了技术专家，假设量子比特的做法-量子计算的单位-比现有的做法更强大。 量子系统受到重视，因为它有可能解决当今计算机无法解决的问题，但必须维持一种脆弱的状态，称为重叠，一旦中断，系统可能会发生故障。

基于majorana的量子计算机通过将新闻存储在一对粒子中并将它们组合在一起来执行计算。 的计算结果通过互相消灭马约拉纳而明确，这可能是电子的出现(由于其电荷检测)或什么也没有。 这取决于马约拉纳对的编织方法。 majorana对消失的概率结果是量子计算的基础。

课题是如何创建和轻松控制majoranas。 它们可能存在的地方之一是超导床上单原子厚度的磁原子链的末端。 年，science、yazdani和合作者的报道中采用扫描隧道显微镜( stm )，其中尖端被原子拖动，显示准粒子的存在，找到表面上铁原子链两端的马约拉纳斯超导体。

该小组继续检测majorana的量子自旋，这是电子和其他亚原子粒子共有的属性。 根据发表在年科学杂志上的报告，该团队称，majorana的自旋属性是一个独特的信号，能够明确检测出的准粒子确实是majorana。

在这项最新的研究中，这个团队探索了另一个预测majoranas位置的位置。 在与超导体接触时在拓扑绝缘体的端部形成的通道中。 超导体是电子无阻力前进的材料，拓扑绝缘体是电子只沿边缘流动的材料。

该理论预测，majorana准粒子可以形成在与超导材料团接触的薄片拓扑绝缘体的边缘。 随着超导体的接近，电子沿着拓扑绝缘体的边缘无阻力地流动，这种绝缘非常薄，可以认为是导线。 因为majoranas是在电线的末端形成的，所以这应该是通过切断电线来体现的。

这是预测。 这几年，它只是坐在那里。 丹尼尔说。 我们决定探索实际制作这个结构的方法。 那是因为majoranas可能对材料的缺陷和温度更牢固。

这个小组通过在铌超导体的上部蒸发薄的铋拓扑绝缘体构建了这个结构。 他们通过放置结构上纳米级的磁记忆网站提供磁场，产生与使电子流脱轨，切断电线相同的效果。 他们使用stm将结构可视化。

但是，在使用他们的显微镜寻找majorana时，研究者首先对他们看到的东西感到困惑。 他们有时看到majorana出现，有时也找不到。 进一步探索后，他们发现只有小磁铁在与沿着通道的电子流动方向平行的方向被磁化的情况下才会出现majorana。

当我们开始解释小磁铁的时候，我们注意到它们是控制参数，阿兹丹尼尔说。 钻头的磁化方向决定了是否出现majorana。 开关开关。

该小组报告称，该系统形成的majorana准粒子非常坚固，因为其能量不同于系统中可能存在的其他准粒子。 鲁棒性还来源于拓扑边缘模式下的形成，该模式本身具有抗干扰能力。 拓扑材料的名称来源于数学分支，它描述了物体是如何延伸、弯曲和变形的。 因此，在拓扑材料中流动的电子持续在凹坑和缺陷的周围移动。

资金由戈登和贝蒂·摩尔基金会、美国海军研究室、美国能源部、美国国立科学基金会的nsf-mrsec计划设立，分为普林斯顿多种材料中心、美国陆军研究室、亚历山大-冯-洪堡提供基金会、Simons Investtte

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