可扩展的马约拉纳量子比特的途径
QuTech 的研究人员已经找到了一种在二维平面上制造马约拉纳粒子的方法。这是通过创建利用超导体和半导体的综合材料特性的设备实现的。这种新的 2D 平台固有的灵活性应该允许人们进行以前无法进行的马约拉纳实验。研究结果发表在《自然》杂志上。量子计算机的运行方式与传统计算机有着根本区别。传统计算机使用比特作为信息的基本单位，比特可以是 0 或 1，而量子计算机使用量子比特，量子比特可以同时处于 0、1 或 0 的状态。
这种叠加原理与新的量子算法相结合，可以让量子计算机比传统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传统比特更脆弱。
马约拉纳量子比特基于拓扑保护的物质状态。这意味着微小的局部扰动无法破坏量子比特的状态。这种对外部影响的稳健性使马约拉纳量子比特成为量子计算的理想选择，因为在这些状态下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。其中第一步是能够可靠地设计马约拉纳粒子，并证明它们确实具有特殊属性，使它们成为量子比特的有希望的候选者。
此前，代尔夫特理工大学和荷兰应用科学大学合作的 QuTech 研究人员曾使用一维纳米线展示了一种研究马约拉纳粒子的新方法，即创建 Kitaev 链。在这种方法中，半导体量子点链通过超导体连接起来，产生马约拉纳粒子。
将这一结果扩展到二维具有几个重要意义。第一作者 Bas ten Haaf 解释说：“通过在二维中实现 Kitaev 链，我们表明底层物理学是通用的且独立于平台的。”
他的同事兼共同第一作者王庆正补充道：“考虑到马约拉纳研究在可重复性方面长期存在的挑战，我们的研究结果确实令人鼓舞。”
合著者 Bas ten Haaf 和 Qingzhen Wang 展示了马约拉纳粒子对局部扰动的保护。试图推动其中一个马约拉纳粒子，而其同伴却不受影响。
在二维系统中创建 Kitaev 链的能力为未来的马约拉纳粒子研究开辟了多条途径。首席研究员 Srijit Goswami 解释说：“我相信我们现在可以对马约拉纳粒子进行有趣的物理研究，以探索其基本特性。例如，我们可以增加 Kitaev 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，二维平台的灵活性和可扩展性应该使我们能够思考创建马约拉纳网络的具体策略，并将它们与控制和读出马约拉纳量子比特所需的辅助元素相结合。”
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