2024 年 8 月 29 日 x
（文章同刊於EurekAlert!）
中国香港科技年夜学（科年夜）物理系刘军伟传授与上海交通年夜学（上海交年夜）贾金锋传授及李耀义传授带领的互助研究团队于拓扑晶体绝缘体碲化锯的超导涡旋上发明了一种新的马约拉纳零能模（Majorana zero modes，MZMs），同时研究出使用晶体对于称性调控MZMs间的杂化要领。 这项最新发明斥地了实现容错量子计较机的新路子，研究成果发表于《天然》期刊*上。
MZMs是超导体中的零能量的、拓扑非平淡的准粒子，其粒子编织方式长短阿贝尔的，便是纵然互换次数不异，以差别秩序序互换粒子，也会孕育发生差别的量子态（图2a）。 这特征与电子及光子等一般粒子大相径庭，由于一般粒子的量子态及互换的秩序序无关（图2b）。 MZMs的这项扭结编织特征可以掩护MZMs免受局域的滋扰，以是它们是实现容错量子运算的抱负平台。 虽然最近几年科学家成长出人工制造拓扑超导体的要领，但因为于试验室中实现MZMs编织所需特定磁场，又难似节制对于MZMs之间的杂化，而这些试验中的MZMs相距亦甚远，一直没法乐成耦合MZMs。
科年夜的理论研究团队及上海交年夜的试验团队互助，使用制备拓扑质料、以扫瞄穿隧显微镜丈量及年夜范围数值模仿的富厚经验，研究出极新要领来耦合MZMs，冲破过往试验的瓶颈。 他们于碲化锯中发明了一种受晶体对于称性掩护的MZMs，初次证明了多个MZMs能同时存于在统一超导涡旋中; 于不触及远间隔挪动MZMs及强磁场的环境下，粉碎磁性镜像对于称性，统一涡旋中把持了MZMs的杂化。 （图3）
上海交年夜试验团队先探测到于碲化锡/铅异质结中超导涡旋的磁场角度有较着变化（图4a-b），而科年夜的理论团队随落伍行了年夜量数值模仿，成果证明各向异性磁性相应源自受晶体对于称性掩护的MZMs。 涡旋态的数值模仿需要重大的计较资源，该研究的计较中利用了一亿个原子轨道，是同类型计较的100倍以上。 为了提高数值算法的效率并降低计较繁杂度，他们利用了kernel polynomial method来计较涡旋中MZMs对于外场的相应。 除了了MZMs外，他们的要领也能用来研究超导涡旋中的许多其他新颖的征象。 本项研究为受晶体对于称性掩护的MZMs的丈量及调控斥地了全新的可能性，这些新发明为实现超导体中的非阿贝尔统计迈进了主要的一步，更有望构建基在受晶体对于称性掩护的MZMs的拓扑量子比特及量子门。
*注：中国香港科技年夜学刘军伟传授、上海交通年夜学李耀义传授和贾金锋传授为配合通信作者。中国香港科技年夜学温竣裕、上海交通年夜学刘腾腾博士、上海交通年夜学杨浩博士为配合第一作者。
科年夜的理论研究团队：刘军伟传授（左）与他的引导的博士生温竣裕（右）。
非阿贝尔及阿贝尔统计。 （a） MZMs 的非阿贝尔统计，互换的秩序序纷歧样会孕育发生差别的量子态。 （b） 电子及光子等一般粒子的阿贝尔统计，终极的量子态及互换的秩序序无关。 U23U12代表先互换粒子1及2，再互换粒子2及3。
透过歪斜磁场节制受MT对于称性掩护的MZMs之间杂化的示用意。 （a） 磁场不服行在110或者110镜面时粉碎了掩护MZMs的MT对于称性。 （b） 磁场平行在110或者110镜面时仍具有掩护MZMs的MT对于称性。 左：歪斜磁场及镜面的示用意。 中：歪斜涡旋线的示用意。 右：展示MZMs存于与否的态密度的示用意。
受MT对于称性掩护的MZMs存于的证据。 （a， b） 歪斜磁场下空间分辩的穿隧电导能谱。 （c-h）模仿计较的于歪斜磁场下超导涡旋的局域态密度。
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