马约拉纳费米子首次在黄金上“现形”

楚一帆

科技日报北京4月15日电 （记者刘霞）据美国麻省理工学院（MIT）网站近日报道，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，他们计划接下来将这一粒子变成稳定且高容错的量子比特，以促进量子计算机的研发。
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。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，这就是马约拉纳费米子。
科学家一直在寻找马约拉纳费米子。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，MIT和香港科技大学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纳费米子对产生。
研究人员表示，看到一对马约拉纳费米子是朝着制造出量子比特迈出的重要一步。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。