拓扑物质

马约拉纳模

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通常,每个粒子都有一个相反的孪生兄弟:电子有它的反粒子,两者一旦相遇便彼此湮灭。现在设想一种奇怪的东西,它就是自己相反的孪生兄弟——一个同时既是粒子、又是自己反粒子的存在。马约拉纳模就是某些材料内部的一种激发,行为恰好像这样一个自我配对的东西。

马约拉纳模不是悬在自由空间里的基本粒子;它是一种集体激发,可以出现在某些超导线的两端,或特殊材料的缺陷处,恰好坐落在零能量上。它的非凡之处在于:两个这样的模,哪怕分处一根长线的两端,合在一起能以非局域的方式存下一比特量子信息——同时被劈分在两个地方。正因为信息不存放在任何单一的点上,一端的任何局部扰动都没法把它读出来或搅乱。

它之所以重要,是因为这种非局域的存储提供了一条诱人的途径,去造一台量子计算机,让它的存储器天生就免受困扰普通量子比特的那种噪声。诚实的提醒是:这是艰难的前沿物理,要拿出令人信服、毫无歧义的马约拉纳模实验证据一直很难,几项早期的声称后来都受到了质疑。它们是一个被认真对待、正在被积极追逐的想法,还远不是一项尘埃落定、能用的技术。

一种主流方案是把一根细细的半导体纳米线放在超导体之上,再浸在磁场里。理论预言线的两端各会出现一个马约拉纳模,在电学测量中表现为一个恰好坐落在零电压处的小电导峰——尽管要把它与那些“冒牌货”区分开,确实非常棘手。

零电压处的电导峰是马约拉纳模的一个线索——但也仅仅是线索,很容易被别的效应仿冒。

这个想法以埃托雷·马约拉纳命名,他在1937年提出了自共轭的粒子;今天人们寻找的材料激发并不是他那种字面意义上的基本粒子,而是共享同一种“自我配对”数学特性的准粒子。

又称
Majorana zero modeMajorana bound state马约拉纳模