記者從北京大學物理學院量子材料科學中心王健教授團隊獲悉，他們和美國波士頓學院汪自強教授等合作，首次在二維鐵基高溫超導體中一維原子鏈缺陷兩端發(fā)現了馬約拉納零能模，為最終實現拓撲量子計算奠定了重要基礎。
近年來，研制超越經典計算機運算能力的量子計算機，已成為國際前沿焦點和各國實現量子超越的核心方向。然而量子計算面臨的最大問題是，由于存在退相干效應，量子比特的運算需要更多比特數來糾錯。因此，探索可容錯量子計算——即對環(huán)境細節(jié)不敏感的拓撲量子計算，就成為最終實現規(guī)模化量子計算的重要途徑。
王健介紹說：“凝聚態(tài)物質中馬約拉納準粒子的零能束縛態(tài)被稱為馬約拉納零能模，具備抗局域干擾和高容錯的特性，被認為是實現拓撲量子比特的基礎。”
王健指出，目前探測馬約拉納零能模需要構造工藝復雜的異質結構，且進行觀測需要極低溫及外加磁場，這都給馬約拉納零能模可能的應用帶來極大困難和挑戰(zhàn)。
在最新研究中，王健團隊通過分子束外延技術，在鈦酸鍶襯底上成功制備出大尺度、高質量的單層FeTe0.5Se0.5高溫超導薄膜，厚度約為0.59納米，其超導轉變溫度約為零下211攝氏度，遠高于塊材Fe(Te,Se)的零下258攝氏度。
據王健介紹，利用原位低溫掃描隧道顯微鏡和掃描隧道譜技術，他們在薄膜表面發(fā)現了一種由最上層Te/Se原子缺失形成的一維原子鏈缺陷，并在缺陷兩端同時觀測到了零能束縛態(tài)，而且發(fā)現該束縛態(tài)具有良好的抗干擾性，汪自強教授團隊則對此提出了可能的理論解釋。
王健說：“這一工作首次揭示了二維高溫超導體FeTe0.5Se0.5單層薄膜中的一類拓撲線缺陷端點處的零能激發(fā)，具備單一材料、較高工作溫度和零外加磁場等優(yōu)勢，為進一步實現可應用的拓撲量子比特提供了一種可能的方案。”
該研究發(fā)表于9日的《自然·物理》在線版，得到了國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃、量子物質科學協同創(chuàng)新中心、中科院卓越創(chuàng)新中心、北京市自然科學基金和美國能源部基礎能源科學基金的支持。(記者劉霞)
關鍵詞： 一維原子鏈
營業(yè)執(zhí)照公示信息