纳米器件的扫描电子显微照片，用于测量以获得论文中呈现的结果。信用：QuTech

QuTech的研究人员找到了一种在二维平面上制造马约拉纳粒子的方法。这是通过创造利用超导体和半导体的组合材料特性的设备来实现的。这个新的2D平台固有的灵活性应该允许人们使用以前无法访问的马约拉纳进行实验。研究结果发表在《自然》杂志上。

量子计算机的运行方式与经典计算机根本不同。经典计算机使用比特作为信息的基本单位，可以是 0 或 1，而量子计算机使用量子比特，量子比特可以同时以 0、1 或两者的状态存在。

这种叠加原理与新的量子算法相结合，可以使量子计算机比经典计算机更有效地解决某些问题。然而，存储这些量子信息的量子比特本质上比经典比特更脆弱。

马约拉纳量子比特基于受拓扑保护的物质状态。这意味着小的局部干扰不会破坏量子比特的状态。这种对外部影响的鲁棒性使马约拉纳量子比特非常适合量子计算，因为以这些状态编码的量子信息将在更长的时间内保持稳定。

生成完整的马约拉纳量子比特需要几个步骤。首先是能够可靠地设计马约拉纳斯，并证明它们确实具有使它们成为量子比特的有希望的候选者的特殊属性。

此前，代尔夫特理工大学和TNO合作的QuTech的研究人员使用一维纳米线展示了一种通过创建Kitaev链来研究Majoranas的新方法。在这种方法中，半导体量子点链通过超导体连接以产生马约拉纳。

将这一结果扩展到两个维度有几个重要含义。第一作者Bas ten Haaf解释说：“通过在二维空间中实现Kitaev链，我们证明了基础物理学是通用的，并且与平台无关。

他的同事和共同第一作者Qingzheng Wang补充说：“鉴于马约拉纳研究在可重复性方面的长期挑战，我们的结果确实令人鼓舞。

合著者Bas ten Haaf和Qingzhen Wang展示了马约拉纳斯对局部扰动的保护。试图推动其中一只马约拉纳人会让它的伙伴愉快地不受影响。图片来源：Studio Oostrum for QuTech

在二维系统中创建Kitaev链的能力为未来的马约拉纳研究开辟了几条途径。首席研究员斯里吉特·戈斯瓦米（Srijit Goswami）解释说：“我相信我们现在可以对马约拉纳星进行有趣的物理学研究，以探索它们的基本特性。例如，我们可以增加基塔耶夫链中的位点数量，并系统地研究马约拉纳粒子的保护。

“从长远来看，2D平台的灵活性和可扩展性应该使我们能够考虑创建马约拉纳网络的具体策略，并将它们与控制和读取马约拉纳量子比特所需的辅助元件集成。

更多信息：斯里吉特·戈斯瓦米（Srijit Goswami），二维电子气体中的双位点基塔耶夫链，《自然》（2024）。DOI： 10.1038/s41586-024-07434-9.www.nature.com/articles/s41586-024-07434-9

期刊信息： Nature