馬約拉納費米子：推動量子計算的“天使粒子”

據《人民日報》報道，以華人科學家為主體的科研團隊找到了正反同體的“天使粒子”——馬約拉納費米子，進而結束了國際實體學界對這一神秘粒子長達80年的漫長追尋。該成果由加利福尼亞大學洛杉矶分校何慶林、王康隆課題組，美國斯坦福大學教授張首晟課題組和上海科技大學寇煦豐課題組等多個研究團隊共同完成，論文通訊作者為何慶林、寇煦豐、張首晟、王康隆。那麼，馬約拉納費米子到底是什麼？它是如何被發現的？科研人員為什麼要研究它？ 

馬約拉納費米子是什麼？

據新華網報道，在實體學領域中，費米子和玻色子這兩大家族是構成物質的基本粒子。過去，實體學家認為，每個費米子必然有其反粒子。唯獨有一位名叫馬約拉納的實體學家認為，宇宙一定有“正反同體”的粒子存在。科學家将這種“正反同體”的粒子稱作馬約拉納費米子，它是一個比已知最小實體機關量子還小的機關。此外，由于這種粒子具有“正反同體”的特性，是以張首晟将手性（《西甯晚報》介紹，手性的含義大緻可以認為是這種粒子隻沿一個方向運動，通常被認為有可能用來實作低能耗的資訊傳輸和處理）馬約拉納費米子命名為“天使粒子”。

馬約拉納費米子是如何被發現的？

張首晟在接受人民網科技頻道采訪時表示，馬約拉納費米子的發現得益于先前對量子反常霍爾效應的探索。2008年張首晟就預言了量子反常霍爾效應，該效應在2013年被證明。随後，他預言手性馬約拉納費米子存在于一種由量子反常霍爾效應薄膜和普通超導體薄膜組成的混合器件中。

據新華網報道，普通粒子在量子反常霍爾效應實驗中，會随着外磁場的調節，呈現出整數量子平台。由于馬約拉納費米子沒有反粒子，相當于半個傳統粒子，是以科學家們推測，如果将其置于量子反常霍爾效應薄膜上，會出現半整數量子平台。為了證明這一點，研究人員搭建了一個将普通超導體薄膜置于量子反常霍爾效應薄膜（即磁性拓撲絕緣體）之上的混合器件。在施加低強度外磁場後，測量到了半整數量子平台，這成為手性馬約拉納費米子存在的實驗證據。

研究馬約拉納費米子的意義是什麼？

據新華社報道，馬約拉納費米子的發現，對建構拓撲量子計算機意義重大。我們可以通過一個對比資料來了解一下量子計算的驚人效率：世界上最快的超級計算機100年才能完成的計算量，拓撲量子計算機0.01秒就能完成。之前，由于受到材料限制，量子計算難以實作，而馬約拉納費米子的出現解決了量子比特不穩定的問題，讓拓撲量子計算真正走出“紙面”、走向應用。此外，手性馬約拉納費米子的發現對我們的日常生活也具有重要意義，它将推動人工智能實作“量子的跳躍”，簡化人工智能的算法步驟，讓人工智能更好地服務于人類

原文釋出時間為：2017年08月25日

本文作者：科技日報

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人民網

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