作者：荒唐,，凝聚態(tài)物理方向博士

審核專家：丁洪,，中國科學院物理研究所研究員，北京凝聚態(tài)國家實驗室常務副主任,，首席科學家

1928年,，英國物理學家保羅·狄拉克提出了狄拉克方程，這個方程預言了反粒子的存在,。隨后1932年卡爾·安德森發(fā)現(xiàn)了正電子,，證明該理論的正確性,。在物理學中,，把反粒子于自身不同的費米子成為狄拉克費米子。1937年,，埃托雷·馬約拉納發(fā)現(xiàn)一種反粒子,，其本身的假想費米子也滿足洛倫茲不變性，后來被命名為馬約拉納費米子,。然而,，迄今為止在宇宙中并沒有找到一個真實粒子是馬約拉納費米子。

供圖：作者

雖然并沒有找到真實的馬約拉納費米子,，但把凝聚態(tài)物理中涉及的大量電子類比于宇宙中存在的大量粒子,，在這個新的“宇宙”中，發(fā)現(xiàn)了由大量粒子集體運動模式具有馬約拉納費米子的行為，通常稱為馬約拉納費束縛態(tài)(Majorana bound states),、馬約拉納零能模(Majorana zero-mode)等,。

“悟空”號暗物質(zhì)衛(wèi)星。圖片來源：news.cn

基于晶體管工藝的傳統(tǒng)計算機逐漸走到了理論盡頭,。人類活動產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)已經(jīng)遠超過了傳統(tǒng)計算機的能力范圍,。量子計算具有超越經(jīng)典計算的并行運算能力，其計算能力遠超過傳統(tǒng)計算機,，成為了現(xiàn)階段被公認的最有潛力的解決方案,。拓撲量子計算具有魯棒性、高容錯性的特點,，理論上在實現(xiàn)量子計算具有一定的優(yōu)勢,。因此基于馬約拉納束縛態(tài)的拓撲量子計算成為了一個研究熱點。馬約拉納束縛態(tài)服從非阿貝爾任意子統(tǒng)計(Non-Abelian anyon),它具有最后的結(jié)果與操作順序有關(guān)的特點,。這就提供了豐富的操作空間,，使得基于馬約拉納束縛態(tài)編織操作構(gòu)造的量子計算機具有更加豐富的功能。目前,，微軟以投入大量資金研究拓撲量子計算,。

供圖：作者

理論上預言在P波超導體的邊緣存在馬約拉納束縛態(tài)，然而在實驗上實現(xiàn)P波超導有很大的困難,。2007年,，賓夕法尼亞大學的Liang Fu和C. L. Kane預言利用s波超導體加上非簡并狄拉克拓撲表面態(tài)，能夠產(chǎn)生馬約拉納束縛態(tài),。之后,，實驗上在s波超導體與拓撲絕緣體、納米線,、量子反?；魻柦^緣體、原子鏈的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)體系中,，證明了馬約拉納束縛態(tài)的存在,。

中國科學院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心、中國科學院大學研究團隊（簡稱研究團隊）基于之前對單晶FeTe0.55Se0.45的能帶表征,、理論計算為基礎(chǔ),，利用極低溫強磁場掃描隧道顯微鏡對單晶FeTe0.55Se0.45進行測量，發(fā)現(xiàn)在磁通渦旋中存在零能的馬約拉納束縛態(tài),，并且其空間位置不隨磁通渦旋位置的變化而變化,。絕大多數(shù)的零能峰在約3K的時候消失，這個溫度高于之前絕大多數(shù)馬約拉納束縛態(tài)實驗,，意味著有可能在液氦溫區(qū)實現(xiàn)對馬約拉納束縛態(tài)的操縱,。

供圖：作者

在新的“宇宙”中,，越來越多的實驗證明存在馬約拉納束縛態(tài)。研究團隊的這項研究表明,，有可能在別的材料中,，在更高溫度，存在馬約拉納束縛態(tài),，這將推動量子計算機的實現(xiàn),。關(guān)于馬約拉納束縛態(tài)的研究，對回答真實宇宙中馬約拉納費米子真身在哪等一系列問題具有啟發(fā)意義,。

在鐵基超導材料中發(fā)現(xiàn)的馬約拉納束縛態(tài)