拓撲物質

馬約拉納模

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通常,每個粒子都有一個相反的孿生兄弟:電子有它的反粒子,兩者一旦相遇便彼此湮滅。現在設想一種奇怪的東西,它就是自己相反的孿生兄弟——一個同時既是粒子、又是自己反粒子的存在。馬約拉納模就是某些材料內部的一種激發,行為恰好像這樣一個自我配對的東西。

馬約拉納模不是懸在自由空間裡的基本粒子;它是一種集體激發,可以出現在某些超導線的兩端,或特殊材料的缺陷處,恰好坐落在零能量上。它的非凡之處在於:兩個這樣的模,哪怕分處一根長線的兩端,合在一起能以非局域的方式存下一位元量子資訊——同時被劈分在兩個地方。正因為資訊不存放在任何單一的點上,一端的任何局部擾動都沒法把它讀出來或攪亂。

它之所以重要,是因為這種非局域的存儲提供了一條誘人的途徑,去造一台量子計算機,讓它的存儲器天生就免受困擾普通量子位元的那種噪聲。誠實的提醒是:這是艱難的前沿物理,要拿出令人信服、毫無歧義的馬約拉納模實驗證據一直很難,幾項早期的聲稱後來都受到了質疑。它們是一個被認真對待、正在被積極追逐的想法,還遠不是一項塵埃落定、能用的技術。

一種主流方案是把一根細細的半導體奈米線放在超導體之上,再浸在磁場裡。理論預言線的兩端各會出現一個馬約拉納模,在電學測量中表現為一個恰好坐落在零電壓處的小電導峰——儘管要把它與那些「冒牌貨」區分開,確實非常棘手。

零電壓處的電導峰是馬約拉納模的一個線索——但也僅僅是線索,很容易被別的效應仿冒。

這個想法以埃托雷·馬約拉納命名,他在1937年提出了自共軛的粒子;今天人們尋找的材料激發並不是他那種字面意義上的基本粒子,而是共享同一種「自我配對」數學特性的準粒子。

又稱
Majorana zero modeMajorana bound state马约拉纳模