作者:英格丽德·法德利
（同organic）有机 研究中使用的一种马约纳纳米线器件的倾斜视角扫描电子显微照片
纳米线显示为蓝色的假色，部分被紫色的NbTiN超导体覆盖
黄色触点是金属触点，可用于向设备施加电压，并通过设备的导电性测量超导特性
信用:博默等
代尔夫特理工大学的研究人员最近开展了一项研究，调查马略拉纳纳米线中的自旋轨道相互作用
他们的研究发表在《物理评论快报》上，首次清楚地展示了创造难以捉摸的马约拉纳粒子的机制，这种粒子可能成为更稳定的量子计算机的组成部分
“我们的研究旨在对理论上提出的马略拉零模进行实验验证，”进行这项研究的研究人员之一茹里·博默告诉《物理》杂志
通过电子邮件组织
“这种粒子，也就是它自己的反粒子，特别有趣，因为它被预测对发展拓扑量子计算机有用
" 量子计算是计算机科学的一个有前途的领域，它探索使用量子力学现象和量子态来存储信息和解决计算问题
在未来，量子计算机可以解决传统计算方法无法解决的问题，例如实现新药物和分子的计算和确定性设计
尽管这些计算机可能有显著的优势，但大多数量子计算方法对噪声敏感，这就是所谓的“退相干”
“因此，研究人员开发了一种新型的量子计算机，这种计算机依赖于马略拉那粒子，而马略拉那粒子本质上是不受噪声影响的
这种“拓扑”保护需要超导性，一种允许无耗散电流的现象
“通过将量子信息编码到马略拉零模的拓扑属性中，退相干误差/问题可以从基本器件层面解决，”博默解释道
“这种新颖的系统本质上不受噪声的影响，噪声是困扰量子计算替代方法的一个问题
防止噪音的拓扑保护很像把信息存储成绳子上的一个结:轻轻摇动绳子，这个结就不会松开
" Majoranas的产生依赖于一个磁场，这个磁场一般与超导性不相容；马略拉纳斯的明确要求
克服这一限制的一个解决方案是利用电子运动与其内部“磁铁”的相互作用，这种现象被称为自旋轨道相互作用
在这种相互作用的情况下，一种材料感受不到马略拉纳斯所需的磁场强度，因此能够实现超导
博默解释说:“以前的研究已经显示了支持马约拉纳零模存在的特征，尽管到目前为止，对于这些实验特征是否可以被其他物理现象模仿还存在相当大的争议。”
“在我们最近的出版物中，我们采用了不同的方法，并研究了创建马略拉零模的先决条件
为了创造一个Majorana，我们需要一个本质上具有自旋轨道相互作用的半导体纳米线，我们将它耦合到超导材料上，使超导性“泄漏”到半导体纳米线中
" 到目前为止，大多数研究都假设实验中存在自旋轨道相互作用，这为马略拉模式提供了证据
尽管如此，还没有人研究超导体和半导体Majorana线中这种相互作用的影响，这对创造这些模式至关重要
“在我们的研究中，我们揭示了这种效应，并直接测量了这种自旋轨道相互作用及其强度，”博默说
“我们通过研究不同方向的磁场对超导性的影响来实现这一目标
" 通常，磁场通过关闭超导能隙来抑制超导性
当磁场指向特定方向时，自旋轨道相互作用抵消了这种抑制
因此，在他们的电子传输实验中，研究人员需要更强的磁场来缩小这个差距
通过进行理论计算并将它们与实验数据进行比较，博默和他的同事可以估计出自旋轨道相互作用的强度
这个非常重要的参数以前在拓扑量子计算应用系统中是未知的
博默解释说:“我们的观测表明，系统中存在自旋轨道相互作用，这是产生马略拉内模的基本要素之一，因此支持了以前观测到的马略拉内模的特征。”
“此外，观察到的自旋轨道相互作用保护超导性的物理学，正是最终导致对噪声的预期恢复力的物理学(我
e
拓扑保护),这是拓扑量子计算机所期望的
" 博默和他的同事进行的研究表明，超导性和自旋轨道相互作用可以同时存在，揭示了自旋轨道相互作用保护马约拉纳纳米线超导性的机制
他们的观察表明，这种材料系统的更先进的实现也应该受益于量子信息的自旋轨道保护，并且估计的自旋轨道强度为量子计算电路的设计提供了重要的输入
研究人员现在正在计划进一步的研究，旨在使用改进的材料系统为马约拉纳零模寻找新的实验信号
例如，他们已经把铌锡超导体变成了一层薄铝层，这提供了更好的超导性
“我们也在寻找同时观察金属丝两端的马略拉那粒子的方法，这是主张观察真正的马略拉那模式的有力论据，”博默说
“我们正在进行的这些改进也是实现我们的雄心所必需的，我们要创造一种量子计算机，使用马约拉纳粒子作为其构件
这些近期的实验不仅将作为通向拓扑量子位的中间步骤，还将在更基本的方面展示马约拉纳物理学
"
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
