吹尽狂沙始到金！马约拉纳费米子首次在金上“现形”

科技日报记者 刘霞

据美国麻省理工学院（MIT）网站10日报道，美中科学家携手在《美国国家科学院院刊》上撰文指出，他们首次在普通金属金表面观测到马约拉纳费米子出现的证据，这是科学家首次在一个可扩展平台上观测到这一粒子，这一研究朝着最终研制出稳定且高容错量子计算机迈出了重要一步。

MIT研究人员在金“岛”上观察到马约拉那费米子，有望为量子计算机提供稳定的量子比特。图片来源：MIT网站

费米子包括电子、质子、中子和夸克，是构成物质的基本粒子。1928年，英国理论物理学家保罗·狄拉克预测：宇宙中每个基本粒子都存在相对应的反粒子，它们质量相同，电荷相反。1937年，意大利理论物理学家埃托雷·马约拉纳提出：自然界应存在正反粒子相同的费米子。这种神奇的费米子，就是马约拉纳费米子。

自此，科学家一直在寻找马约拉纳费米子。有科学家认为，中微子可能是马约拉纳费米子，但迄今未获证实。另有理论学家预测，在特定情况下，马约拉纳费米子也可能存在于固体内。2018年，中国科学家高鸿钧和丁洪领导的联合研究团队宣布，首次在超导块体中观察到了马约拉纳费米子。

在最新研究中，来自麻省理工学院（MIT）和香港科技大学的研究人员，在他们设计和制造的材料系统中观察到了马约拉纳费米子存在的证据。该系统由在超导材料钒上生长的金纳米线组成，其上布满拥有铁磁性的硫化铕小“岛”。 当研究人员扫描这些“岛”附近表面时，看到金最顶层表面出现接近零能量的特征峰值信号。理论指出，该种峰值只能由马约拉那费米子对产生。

据悉，科学家一直在半导体中寻找马约拉纳费米子，但基于半导体的装置很难按比例扩大以生产出实用量子计算机所需的数千甚至数百万个量子比。最新研究是科学家首次在可扩展平台上观测到马约拉那费米子。

研究人员表示，看到一对马约拉那费米子是朝着制造出量子比特的重要一步，他们计划接下来将这些粒子变成量子比特。如果能实现，将是构建出实用量子计算机的关键一步。