短纳米线马约拉纳研究的新方法

来自QuTech和埃因霍温科技大学的研究人员和工程师创造了马约拉纳粒子，并在非常可控的情况下测量了它们的特性。

这些马约拉纳是所谓的“穷人的马约拉纳”，基于纳米线中的两个量子点，可以扩展到更大的量子点链，具有更具弹性的马约拉纳行为。马约拉纳粒子是稳定量子比特(量子计算机的构建块)的几个有希望的候选者之一。研究人员在《自然》杂志上发表了他们的研究结果。

量子计算机是一项革命性的技术，它有可能比传统计算机更快地解决某些问题。那是因为他们使用了量子比特，或者说量子比特，它可以同时代表0和1。这允许量子计算机同时执行多个计算。量子计算机和量子位的实施在各个领域都具有巨大的潜力，包括药物发现、金融建模和密码学。

马约拉纳粒子

“Majorana粒子可以制成一种量子比特，并且由于其独特的特性而受到关注，”QuTech的博士后研究员TomDvir解释说，QuTech是代尔夫特理工大学和TNO的量子技术研究所。他继续说道，“与基于电子等单个粒子特性的传统量子位不同，基于马约拉纳粒子的量子位对某些类型的量子错误更具弹性，这是可扩展量子计算机发展的主要挑战。”

他的同事兼共同第一作者王冠中补充说：“马约拉纳粒子的理想特性，以及它们允许观察新科学现象的奇特性质，激发了大量的研究工作，最初是学术界，后来也是工业界。迄今为止的研究主要基于材料合成，旨在设计正确的材料特性，以便由它们制成的设备在冷却到低温时立即可操作。”

新方法将重点转移到电气控制上，这意味着我们在低温下观察和调整设备，为Majoranas的出现提供合适的条件。

用于分离电子半部分的量子点链

王说：“与常规量子比特不同，马约拉纳斯总是成对出现，每对形成一个离域电子。这意味着马约拉纳粒子的一部分可以位于纳米线的一端，另一部分位于另一端。要操纵马约拉纳粒子我们需要同时影响两端。这使得它们对量子计算具有吸引力，因为如果一个部分受到噪声影响，另一半将毫发无损。”

研究人员首先生产两个彼此靠近的量子点，由短的半导体/超导体纳米线隔开。量子点以两种方式相互电连接。第一种是电子在两个点之间跳跃。第二种涉及同时进入和离开半导体/超导体纳米线的电子对。研究人员展示了一种精确控制这两个过程的新方法，这是马约拉纳粒子形成的关键。

未来的工作

“目前，我们正在研究Majoranas的简化版本，”Dvir解释说，“只使用两个量子点。我们的最终目标是拥有更多的量子点，甚至可能只有五个，这样电子的两半就可以更广泛地分开。Majorana粒子分离得越远，产生的量子位越能免受噪声影响。”

“向设备添加更多点的难度预计会线性增加，而不是呈指数增加。这是因为我们可以单独调整每个点，从而使我们能够更轻松地确定理想的配置。”

首席研究员LeoKouwenhoven说：“展望未来，未来有两个主要目标。第一个是在这项工作中基于穷人的Majorana创建一个完整的拓扑Majorana。第二个目标是使用这些Majorana创建量子位。这将需要系统的多个副本和进一步的调整。”