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近年來，量子技術作為中國科學技術發展的一張亮眼名片已走在世界之巔，隨著研究不斷拓寬，一些發達國家也紛紛投入其中，如澳洲搞出了一種用於組建量子網路的全新架構，加拿大也發射了量子衛星，意圖在21世紀的科技競賽中不落於人後。近日，美國科學家又取得了重要突破性進展，外媒評價稱有望突破量子計算機的關鍵瓶頸…

​我們知道物質可以有多種形式存在，從我們熟悉的固體、液體和氣體，到只有在物理極限條件下才穩定存在的複雜狀態。近日，美國研究人員發現了一種全新的物態，稱之為“拓撲超導”（topological superconductivity）。據稱，這種全新的物質狀態可以大幅提升量子計算機的效能，意義非凡。

​量子計算機是利用量子力學的原理來執行計算任務的，可以輕鬆地進行超級複雜的運算。然而，目前量子計算機所面臨的瓶頸之一就是量子位的穩定性。量子計算機所配備的機器的計算單元都是非常精密的，但是它們卻沒有辦法應付環境噪聲，這就使得量子位的穩定性得不到保障，量子計算機的精確度也難以提升。

​不過，來自紐約大學的研究人員觀察了一種具有特殊型別的準粒子行為，其相互之間的作用行為就像是一個粒子。和這項研究相關的粒子被稱為馬約拉納費米子（Majorana fermions），這種粒子被定義為“粒子自身的反粒子”。雖然至今為止人類還未發現一種已知的粒子是Majorana fermions，但是在一些準粒子上呈現出了反粒子才具有的一些性質。

​紐約大學的研究人員發現，Majorana fermions相比傳統粒子更加穩定，很有可能就是量子計算機中的關鍵點。而Majorana fermions通常被認為是在超導體的某個相變中出現的，正是這一原因使研究人員的注意力轉向了“拓撲超導”。

​紐約大學物理學助理教授Javad Shabani認為：“我們的研究成功地揭示了拓撲超導這一全新狀態的實驗依據，這種新的物質狀態將大大提高量子計算的速度並改進量子儲存的方式。相信這一概念可以得到拓展，最終用來構建量子位以實現真正意義上的量子計算和儲存，意義巨大！”

​毋庸置疑，量子計算機所具有的驚人創造力將給世界帶來一場革命性的變化。在過去的10年時間裡，量子領域實現了從0到1的巨大突破。可以說，未來世界誰掌握了最先進的量子技術，誰就擁有了最廣泛地話語權，帶來的影響將是全方位的。不過，研究人員認為這項發現仍處於早期階段，未來還需面臨更大的挑戰。

作者/朱張航宇

參考文獻：Mayer William, et, al. Phase signature of topological transition in Josephson Junctions, eprint arXiv:1906.01179.