全球苦尋80年的神秘粒子，中國找到了
上海交通大學賈金鋒研究團隊通過巧妙的實驗設計，率先觀測到了在渦旋中的馬約拉納費米子的蹤跡，而這種粒子在過去80年里，是全世界粒子物理學家一直在搜尋的神秘粒子。 此番中國科學家成功“探測”到它的蹤跡，或將讓人類跨入量子計算時代的夢想邁進一大步。 美國東部時間6月21日(北京時間6月22日)，國際頂級物理學刊物《物理評論快報》(Physical Review Letters)在線發表了賈金鋒教授及其合作者的論文。 1937年，意大利物理學家埃托雷·馬約拉納預言，自然界中可能存在一類特殊的費米子，它的反粒子不但和它自己長相一樣，脾氣也完全相同，兄弟倆站在一起就像照鏡子，可以說，它們的反粒子就是自己本身，這種費米子被稱為“馬約拉納費米子”。 這個名叫馬約拉納費米子的粒子既是困擾物理學界80多年的正反粒子同體的特殊費米子，也是未來制造量子計算機的可能候選對象。 盡管科學家做了很多努力，但在過去的近80年中，物理學家一直都未找到馬約拉納費米子存在的證據。此前，已有美國、荷蘭等國科學家宣稱找到這種粒子“跡象”。 2016年初，中國的科學家終于發現了這類神秘粒子存在的跡象。 上海交通大學大賈金鋒教授研究組與浙江大學許祝安、張富春研究組，南京大學李紹春研究組及美國麻省理工學院傅亮教授等合作形成的研究團隊，率先觀測到了在拓撲超導體渦旋中存在馬約拉納費米子的重要證據。
▲賈金鋒教授在實驗室 “尋找馬約拉納費米子的過程就是不斷突破、不斷創新的過程。”賈金鋒說，在大量實驗基礎上，他們沒有按照大多數人通常的思路往下走，而是反其道而行之。 最終，把超導材料放在了下面，使它上方“生長”出了拓撲絕緣體薄膜，讓拓撲絕緣體薄膜的表面變成拓撲超導體，直接把喜歡捉迷藏的馬約拉納費米子從“暗處”翻到了“明面”上，觀察起來更方便了，為尋找馬約拉納費米子奠定了重要的材料基礎。 賈金鋒說，找到馬約拉納費米子意味著人類在量子物理學領域取得了一個重大突破，同時也意味著在固體中實現拓撲量子計算成為可能。這個發現或將引發新一輪電子技術的革命，使人類進入拓撲量子計算的時代。 與普通計算機通過二進制方式處理數據不同，量子計算機是一種基于量子物理機理處理數據的計算機。它對數據的處理速度驚人。以天氣預報為例，由于現有技術的局限，現在人們對天氣的預測不可能達到每次都非常準確。如果使用量子計算機來計算天氣數據，不僅能瞬間運算海量數據，預測的準確性也會大大提高。 當然，精確地預測天氣對于量子計算機來說還不算什么，它能對海量已經合成的新材料，甚至還能對未合成的概念材料進行系統、精確、高效地計算，為材料科學領域帶來革命性的進步。而科學家們預期馬約拉納費米子就是制造量子計算機的完美選擇之一。 據介紹，迄今人類還沒有制造出真正意義上的量子計算機，其中一個很重要的原因是，目前用于量子計算的粒子的量子態并不穩定，電磁干擾或物理干擾可以輕松打亂它們本應進行的計算。 而馬約拉納費米子的反粒子就是自己本身，它的狀態非常穩定。這些屬性或許使量子計算機的制造變成現實的一個關鍵，從而幫助人類敲開拓撲量子計算時代的大門。
▲實驗室內的人造拓撲超導體 該文章在 2016/6/24 9:52:25 編輯過 |
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