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量子計算機的核心是量子位元。去年穀歌推出的Sycamore處理器使用的量子位元對周圍環境的噪音和干擾非常敏感，很容易導致計算錯誤。研究人員認為，新型量子位元——拓撲量子位元有望解決這一問題，而MZMs是製造拓撲量子位元的關鍵。芬蘭阿爾託大學教授、專案首席研究員Peter Liljeroth解釋：“拓撲量子位元比其他量子位元更能容忍噪聲。然而，還沒有研究人員在實驗室中製造出拓撲量子位元。”

MZMs是以特定方式結合在一起的電子組，其行為與馬約拉納費米子非常相似。如果馬約拉納費米子這種理論中的粒子能夠結合在一起，就能夠像拓撲量子位元那樣工作。值得注意的是，無論是在實驗室還是天文學中，都沒有能夠證明馬約拉納粒子的確存在的證據。因此，研究人員並非要嘗試製造一種從未見過的粒子，而是希望讓普通電子像馬約拉納粒子那樣運動。

為創造MZMs，研究人員必須先製造出超薄材料；而為了創造一維MZMs，Liljeroth團隊需要製造出全新的二維材料：拓撲超導體。拓撲超導性是磁電絕緣體和超導體邊界處表現出的特性，但製造一維MZMs所需的拓撲超導體並不是磁體與超導體的簡單加和。在磁性材料中，自旋向同一方向排列；而在超導體中，自旋是交替反向排列的。將磁體與超導體放置在一起，通常會破壞自旋的排列與反排列。而在二維層級材料中，兩者之間的相互作用足以“傾斜”原子自旋，從而產生特定的自旋狀態（即Rashba自旋軌道耦合）。論文作者Shawulienu Kezilebieke博士解釋：“如果磁體與超導體以錯誤方式結合，反而會抑制超導性。MZMs需要材料之間的相互作用恰到好處，二維材料剛好能滿足MZMs的需求。”

Liljeroth團隊製造的拓撲超導體由單原子層溴化鉻構成，這種材料在單原子厚度時仍能保持磁性。研究人員在超導二硫化鈮晶體上培育出了原子級溴化鉻，並用掃描隧道顯微鏡測試了其電特性。在這部分研究中，他們向阿爾託大學的Adam Foster教授和坦佩雷大學的Teemu Ojanen教授尋求了計算機建模方面的幫助。Foster教授說：“為了證實訊號源自MZMs，我們需要做很多模擬工作。”

現在，Liljeroth等已經確信他們可以在二維材料中創造一維MZMs。下一步，他們將嘗試將其“改造”成拓撲量子位元。Liljeroth教授評價道：“這項研究最酷的的地方在於，我們用二維材料構建了MZMs。從原則上講，這些材料更易於製造，屬性更易定製而且更便於融入實用裝置。”

編譯：德克斯特 審稿：西莫 責編：陳之涵

期刊編號：0028-0836

原文連結：https://www.sciencedaily.com/releases/2020/12/201217135338.htm