本文转自:中国科学报
文|《中国科学报》采访人员倪思洁
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2021年8月底的一个深夜 , 北京北四环边 , 白日的喧嚣已归于平静 , 中国科学院物理研究所(以下简称物理所)的灯仍然亮着 , 实验室里静得只剩下呼吸声 。
在一个裹着银色锡纸的仪器边 , 副研究员李更等待着实验结果 。
几乎就在一瞬间 , 困意彻底远离了他 。 因为此时的电脑屏幕上 , 原本应该平整的四方图案出现了竖向的波纹 , 波纹中还穿插着斜向的条纹 。
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研究组最初看到的奇特波纹(双轴电荷密度波)形貌中科院物理所供图
6月8日 , 《自然》发表了由这个意外发现引发的新成果:中国科学家在铁基超导材料锂铁砷(LiFeAs)中 , 观测到大面积、高度有序、可调控的马约拉纳准粒子格点阵列 。
该发现被认为“对实现马约拉纳准粒子的编织以及拓扑量子计算具有里程碑的意义” 。
科学家们的新理想
“你们想做的拓扑量子计算 , 到底是什么?”
这是李更常被亲朋好友们问到的问题 。
人类对于大规模信息处理需求的剧增 , 使得量子计算被赋予了极高的期待 , “量子计算”四个字也几乎家喻户晓 。
但是 , 很多人不知道 , 量子计算一直有个让人头疼的问题 , 即噪声等外界环境的扰动会对量子系统造成影响 , 使计算过程不可避免地产生并积累错误 。
正因如此 , 科学家们有了一个新的理想——研制“拓扑量子计算机” 。
“拓扑量子计算是一种容错率更高的量子计算 。 ”李更说 。
然而 , 要实现拓扑量子计算 , 不仅要求微观世界的粒子符合一种名为“非阿贝尔统计”的规律 , 还需要科学家有能力把微观世界里的粒子像编麻花辫一样编织起来 。
也就是说 , 在这个领域 , 谁有能耐看清并操控微观世界 , 谁才有可能最先实现拓扑量子计算 。
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在实验室工作的李更中科院物理所供图
一次意外控制住一种神奇粒子
李更是物理所高鸿钧院士团队中的一员 。 这支团队虽然规模不大 , 却是全球最被关注的几支向拓扑量子计算发起挑战的团队之一 。
2018年 , 高鸿钧团队最早在铁基超导材料中观测到一种神奇粒子——马约拉纳准粒子 。 这种粒子符合实现拓扑量子计算的要求 , 如果科学家能够编织它 , 就有可能实现拓扑量子计算 。 这项成果发表于《科学》 , 并很快引起国际同行关注 。
2020年 , 他们又在铁基超导材料中观测到马约拉纳准粒子的电导平台 , 进一步证明了马约拉纳准粒子的存在 。 该成果又一次发表于《科学》 。
这些年 , 他们一直在各种铁基超导材料中寻找这种神奇粒子的身影 。
“铁基超导材料体系存在材料组分不均一、马约拉纳准粒子占比低、阵列无序且不可控等问题 。 ”高鸿钧判断 , 他们需要找到大面积、高度有序、可调控的马约拉纳准粒子阵列 , 才能向拓扑量子计算更进一步 。
直到2021年8月底的那个夜晚 , 异常波纹出现了 。
【本文转自:中国科学报文 | 《中国科学报》记者 倪思洁2021年8月底的一个深夜|每年必发Science、Nature的团队,今年果然又发了!】李更把情况汇报给高鸿钧 , 他们讨论后决定给样品加一个垂直的磁场试试 。
更奇特的现象出现了 。 代表马约拉纳准粒子的亮斑 , 整整齐齐地排列在纵向的波纹上 。
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