马约拉纳短纳米线研究的新方法

来自QuTech和埃因霍温理工大学的研究人员和工程师创造了马约拉纳粒子，并以很好的控制力测量了它们的性质。

这些马约拉纳是所谓的“穷人的马约拉纳”，基于纳米线中的两个量子点，可以放大到具有更具弹性的马约拉纳行为的更大的量子点链。马约拉纳粒子是稳定量子比特的几个有希望的候选者之一，稳定量子比特是量子计算机的构建块。研究人员在《自然》杂志上发表了他们的研究结果。

量子计算机是一项革命性的技术，它有可能比经典计算机更快地解决某些问题。那是因为他们使用量子比特或量子比特，可以同时表示 0 和 1。这允许量子计算机同时执行多个计算。量子计算机和量子比特的实施在各个领域具有巨大的潜力，包括药物发现、金融建模和密码学。

马约拉纳粒子

“马约拉纳粒子可以制成一种量子比特，并由于其独特的性质而受到关注，”第一作者Tom Dvir解释说，他是QuTech的博士后研究员 - 代尔夫特理工大学和TNO的量子技术研究所。他继续说道：“与基于电子等单个粒子特性的传统量子比特不同，基于马约拉纳粒子的量子比特对某些类型的量子错误更具弹性，这是可扩展量子计算机开发的主要挑战。

他的同事和共同第一作者Guanzhong Wang补充说：“马约拉纳粒子的理想性质，以及它们允许观察新科学现象的奇特性质，激发了大量的研究工作，最初是由学术界，后来也是由工业界。到目前为止，研究主要基于材料合成，旨在设计正确的材料特性，以便由它们制成的设备在冷却到低温时可以立即操作。

新方法将重点转移到电气控制上，这意味着我们在低温下观察和调整设备，为马约拉纳斯的出现提供合适的条件。

用于分离电子两半的量子点链

Wang说：“与常规量子比特不同，马约拉纳斯总是成对出现，每对形成一个离域电子。这意味着马约拉纳粒子的一部分可以驻留在纳米线的一端，第二部分可以驻留在另一端。为了操纵马约拉纳粒子，我们需要同时影响两端。这使得它们对量子计算具有吸引力，因为如果一部分受到噪声的影响，另一半将毫发无损。

研究人员首先产生两个彼此靠近的量子点，由短半导体/超导体纳米线隔开。量子点以两种方式相互电连接。第一种是电子在两个点之间跳跃。第二种涉及同时进入和离开半导体/超导体纳米线的电子对。研究人员展示了一种精确控制这两个过程的新方法，这是马约拉纳粒子形成的关键。

今后的工作

“目前，我们正在研究Majoranas的简化版本，”Dvir解释说，“只使用两个量子点。我们的最终目标是拥有更多的点，甚至可能只有五个，以便电子的两半分开得更宽。马约拉纳粒子分离得越远，对产生的量子比特的噪声保护就越好。

“向设备添加更多点的难度预计将呈线性增加，而不是呈指数级增长。这是因为我们可以单独调整每个点，使我们能够更轻松地确定理想的配置。

首席研究员Leo Kouwenhoven说：“展望未来，未来有两个主要目标。首先是在这项工作中基于穷人的马约拉纳创建一个完整的拓扑马约拉纳。第二个目标是使用这些马约拉纳来创建量子比特。这将需要系统的多个副本和进一步的调整。

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