首页>科技发展>前沿聚焦>正文

德国开发用于量子计算的Majorana费米子

2020-09-30 于利希研究所

德国于利希研究所科研人员发现,Majorana费米子具有奇特的性质:外来粒子无法与自己的反粒子区分开。然而,它们在技术上可能非常有用,作为量子计算机的量子位。因为两个Majorana费米子形成一个相互缠绕的结对,因此可以极强地抵抗外界影响。但是,Majorana费米子很难检测。这是其制造和表征的主要障碍。来自于利希研究所和RWTH Aachen的科学家与汉堡大学的合作伙伴现在正在展示一种解决难题的可能方法。

研究人员使用扫描隧道显微镜和计算机模拟技术检查了磁性铁纳米线末端的准粒子,这些粒子被认为是可能的Majorana费米子。准粒子是由多个粒子组成的激发态,从外部观察时,它们的行为类似于独立粒子。纳米线末端的激发态在拓扑上得到了保护,这使其对噪声具有抵抗力。如果这些是Majorana状态,则可以使用它们来确保完整性,从而可以正确执行计算。

但不确定导线末端的激发态是实际上的Majorana纳态,还是(在拓扑上不受保护的)所谓的Yu-Shiba-Rusinov态。为了使这两个状态有区别,研究人员使用了一个技巧,并用非磁性钴原子扩展了链。因此,它们将空间线端与电磁线端分开。

导线的铁和钴区域的原子轨道是激发态的基础,它们的原子轨道是相似的,因此,直到导线末端,即使在延伸后,电子性能也不会急剧变化。尽管如此,Majorana的特征激发态并没有迁移到新的末端,而是停留在铁丝的末端。研究人员认为这很可能表明Majorana在铁丝末端的状态实际上是有问题的。“如果证实这一点,我们将为Majorana的受控生产和操纵奠定重要基础,” 来自PeterGrünberg研究所和于利希研究所的高级模拟研究所的Samir Lounis

关键词: 费米子   量子计算   德国