陈根：我国科学家，成功调控马约拉纳零能模阵

作者：王韵壹、李英、熊慧卿

量子计算机由于其超越经典计算机极限的强大运算能力，成为二十一世纪量子物理学家们不懈追求的目标。然而，量子计算机中的“消相干效应”——由于量子计算机不可避免地与环境耦合而产生各种噪声，从而使计算过程容易产生错误的问题，一直没有得到很好的解决。

近年来，学术界提出了拓扑量子纠错这一概念，把量子态的拓扑性质应用于量子纠错过程中，从而将量子纠错中可容忍的最高逻辑操作错误发生率提高了三个数量级，达到10量级。拓扑量子纠错方案大大降低了对操作精度的要求，是目前已知拥有最高容错率的量子计算方案。

所谓“道生一，一生二，二生三，三生万物”，这是中国古人表达万物由简而繁的构造过程。在物理学家眼中，“万物”都由60多种基本粒子构成，这些基本粒子按照统计规律的不同可以划分为玻色子和费米子两大类。

对费米子而言，大多数费米子的反粒子与它本身不同。1937年，意大利理论物理学家马约拉纳预言，自然界可能存在一种与其反粒子完全相同的特殊粒子，也就是马约拉纳费米子。此后，有科学家预言，固体材料中存在与马约拉纳费米子类似的基本粒子，即马约拉纳准粒子或马约拉纳零能模。这种准粒子对局部变化不敏感，被认为是实现容错拓扑量子计算的重要途径。

近日，我国科学家首次在铁基超导材料锂铁砷中，成功调控大面积、高度有序的马约拉纳零能模格点阵列。这种有序的马约拉纳零能模阵列可被外磁场调控，随着磁场增加，涡旋间距会减小。而晶体中的自然应力可诱导沿着铁-铁和砷-砷晶格方向产生双轴电荷密度波条纹。波长较长的纳米电荷密度波对超导能隙具有明显的调制作用。

另外，双轴电荷密度波的存在使得晶体对称性降低，从而改变了费米能级附近的拓扑能带结构，使得超过90%的磁通涡旋中心具有马约拉纳零能模，形成高度有序的马约拉纳零能模阵列。

这一成果对实现马约拉纳零能模的编织以及拓扑量子计算具有里程碑意义。目前，相关成果发表在了《自然》(Nature)杂志上。