by FLEET 量子点接触结构(左)，其中外加电压将电子运动限制在一维，电导(右)显示外加磁场的影响(红色)
信用:UNSW 为什么研究一维量子纳米线的自旋性质很重要？ 量子纳米线——有长度但没有宽度或高度——为一种被称为马略拉零模的准粒子的形成和探测提供了一个独特的环境
一项新的由UNSW领导的研究克服了以前检测马略拉零模式的困难，并在设备再现性方面产生了显著的改善
Majorana零模的潜在应用包括抗故障拓扑量子计算机和拓扑超导
一维线中的马略拉纳费米子 马约纳费米子是一种复合粒子，它是自己的反粒子
这种不寻常的粒子在学术上和商业上的兴趣来自于它们在拓扑量子计算机中的潜在用途，据预测，这种量子计算机不会出现使宝贵的量子信息随机化的退相干现象
在由特殊材料制成的量子线中，可以产生Majorana零模，在这种量子线中，它们的电学和磁学特性之间有很强的耦合
特别是，当与超导体耦合时，可以在一维半导体(如半导体纳米线)中产生马略拉零模
在一维纳米线中，垂直于长度的尺寸小到不允许亚原子粒子的任何运动，量子效应占主导地位
反物质解释者:每个基本粒子都有一个对应的反物质粒子，质量相同但电荷相反
例如，电子的反粒子(电荷–1)是正电子(电荷+1)
信用:UNSW 探测必要自旋轨道间隙的新方法 由于在拓扑量子计算中的潜在应用，具有强自旋轨道相互作用的一维半导体系统正受到广泛关注
电子的磁性“自旋”就像一个小条形磁铁，其方向可以通过外加磁场来设定
在具有“自旋轨道相互作用”的材料中，电子的自旋由运动方向决定，即使在零磁场下也是如此
这允许磁性量子属性的所有电操纵
向这样的系统施加磁场可以打开能隙，使得向前移动的电子都具有相同的自旋极化，而向后移动的电子具有相反的极化
这种“自旋间隙”是形成马略拉零模的先决条件
尽管进行了大量的实验工作，但已经证明很难明确地检测半导体纳米线中的这种自旋间隙，因为自旋间隙的特征信号(当施加磁场时，其电导平台的下降)很难与纳米线中不可避免的背景无序区分开
这项新的研究为自旋轨道间隙找到了一个新的、明确的信号，它不受困扰先前研究的无序效应的影响
“这一特征将成为未来探测自旋间隙的事实标准，”主要作者Dr
卡琳娜·哈德森
Majorana费米子是它们自己的反粒子，自1937年以来就被理论化了，但只是在最近十年才被实验观察到
Majorana费米子对退相干的“免疫力”为容错量子计算提供了潜在的用途
信用:UNSW 再现性 由于MZM所在的自组装纳米线的随机无序和缺陷，在可伸缩量子计算机中使用马约拉纳零模面临着额外的挑战
以前几乎不可能制造出可再现的器件，只有大约10%的器件在所需的参数范围内工作
最新的UNSW结果显示了显著的改进，基于三个不同的初始晶片的六个器件具有可再现的结果
“这项工作为制造完全可复制的设备开辟了一条新的途径，”相应的作者亚历克斯·汉密尔顿·UNSW教授说
《自然通讯》于2021年1月发表了“量子点接触中自旋间隙的新特征”
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