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洛杉磯加州大學王康隆教授帶領的研究團隊確認了馬約拉納粒子

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撰文者:Matthew Chin (譯者:林中一)
發文日期:2017-08-17
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  • 研究的發現能提供在量子點腦運送量子位元(qubits)的載具

    物理界長期的大熱門─馬約拉納粒子(Majorana particle)的確定特徵,已經被一個洛杉磯加州大學(以下皆簡稱UCLA)工程師與科學家團隊發現了。團隊對他們的發現是如此的確定,直可用「人贓俱獲」來形容。

    馬約拉納粒子的存在是由義大利理論物理學家艾托瑞.馬約拉納(Ettorre Majorana)在1937年首先提出;而在今天,這種粒子被期許可以成為某一等級穩健的拓樸量子電腦的基礎。

    馬約拉納粒子是一個不帶電的粒子,其精妙之處在於它就是它自己的反粒子。馬約拉納粒子被視為運送一個量子位元的最佳人選,而量子位元則是量子電腦之基礎。不似標準數位電腦裡的「位元」(bits)只能用0「或」1來表現,量子位元可以同時是0「與」1。這個特性使得量子電腦的計算能力與運算速度以指數的方式超過今天最好的超級電腦。

     
    majorana
    如圖所示,一個電子元件由藍色條狀超導體與灰色帶狀的磁性拓樸絕緣體所組成。馬約拉納粒子產生在元件的輸運管道(紅、粉紅、藍、與黃色部分)中。


    馬約拉納粒子之所以成為大家熱切盼望的量子電腦之焦點,大部分是基於它是電中性的,這使得它能抗拒外界的干擾,而且它也具備可以產生及維持一種稱為量子糾纏的量子特性。量子糾纏能使得兩個實際上是分開的粒子同時被編碼,這個特性能產生巨大的計算能力。

    「想像一下在標準數位電腦裡的數據位元,就像是在雙線車道正、反兩個方向行進的車輛,」王教授說道:「而一座量子電腦就是多層、多線道的交通結構,車輛則可以在各層之間跳來跳去,還能在正反兩個方向同時行進。我們需要穩定的、外加裝甲的量子『車輛』來執行這一種輸運,而馬約拉納粒子就是這種超級車輛。」
    為了執行他們的研究,團隊建造了一台超級電腦、使用了一種特殊的材料能讓電子在表面不受電阻的自由流動,以及在那個材料上面加了一層絕緣體薄膜以便工程師們能夠操控這些粒子進入他們想要的形式。當一個弱磁場掃過這個裝置之後,研究者們在兩種材料之間的電通道發現了馬約拉納粒子特有的量子化信號。
    「馬約拉納粒子出現了,雖然它並不是電子的碎片,但其行為像是半個電子,」UCLA的博士後研究員與論文的共同作者何慶林(Qing Lin He)博士說:「我們觀察到了馬約拉納粒子的量子行為,而且看到的信號清楚的顯示馬約拉納粒子的存在。」

    在實驗中,馬約拉納粒子沿著絕緣體邊緣以一種特別的辮子形的方式行進。研究者們說,他們的下一步將會探索如何運用馬約拉納粒子於量子編結,即將粒子編織在一起以超高速度來儲存並處理訊息。

    UCLA電機系的博士生,也是論文的主要共同作者潘雷(Lei Pan)表示,由馬約拉納粒子的獨特性質看來,使用在拓樸量子電腦上特別有用。「當傳統的數位電腦系統都會有很精密的方案來修正錯誤,然而在拓樸量子電腦上編碼的訊息很不容易出錯,」他說:「運用馬約拉納粒子建造的量子電腦令人興奮的地方在於這個系統將是能夠容忍錯誤的。」

    原文文章來源:http://engineering.ucla.edu/majorana-particle/
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