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上海交通大學(xué)賈金鋒研究團隊通過巧妙的實驗設(shè)計，率先觀測到了在渦旋中的馬約拉納費米子的蹤跡，而這種粒子在過去80年里，是全世界粒子物理學(xué)家一直在搜尋的神秘粒子。

此番中國科學(xué)家成功“探測”到它的蹤跡，或?qū)⒆屓祟惪缛肓孔佑嬎銜r代的夢想邁進一大步。

美國東部時間6月21日(北京時間6月22日)，國際頂級物理學(xué)刊物《物理評論快報》(Physical Review Letters)在線發(fā)表了賈金鋒教授及其合作者的論文。

1937年，意大利物理學(xué)家埃托雷·馬約拉納預(yù)言，自然界中可能存在一類特殊的費米子，它的反粒子不但和它自己長相一樣，脾氣也完全相同，兄弟倆站在一起就像照鏡子，可以說，它們的反粒子就是自己本身，這種費米子被稱為“馬約拉納費米子”。

這個名叫馬約拉納費米子的粒子既是困擾物理學(xué)界80多年的正反粒子同體的特殊費米子，也是未來制造量子計算機的可能候選對象。

盡管科學(xué)家做了很多努力，但在過去的近80年中，物理學(xué)家一直都未找到馬約拉納費米子存在的證據(jù)。此前，已有美國、荷蘭等國科學(xué)家宣稱找到這種粒子“跡象”。

2016年初，中國的科學(xué)家終于發(fā)現(xiàn)了這類神秘粒子存在的跡象。

上海交通大學(xué)大賈金鋒教授研究組與浙江大學(xué)許祝安、張富春研究組，南京大學(xué)李紹春研究組及美國麻省理工學(xué)院傅亮教授等合作形成的研究團隊，率先觀測到了在拓?fù)涑瑢?dǎo)體渦旋中存在馬約拉納費米子的重要證據(jù)。

▲賈金鋒教授在實驗室

“尋找馬約拉納費米子的過程就是不斷突破、不斷創(chuàng)新的過程。”賈金鋒說，在大量實驗基礎(chǔ)上，他們沒有按照大多數(shù)人通常的思路往下走，而是反其道而行之。

最終，把超導(dǎo)材料放在了下面，使它上方“生長”出了拓?fù)浣^緣體薄膜，讓拓?fù)浣^緣體薄膜的表面變成拓?fù)涑瑢?dǎo)體，直接把喜歡捉迷藏的馬約拉納費米子從“暗處”翻到了“明面”上，觀察起來更方便了，為尋找馬約拉納費米子奠定了重要的材料基礎(chǔ)。

賈金鋒說，找到馬約拉納費米子意味著人類在量子物理學(xué)領(lǐng)域取得了一個重大突破，同時也意味著在固體中實現(xiàn)拓?fù)淞孔佑嬎愠蔀榭赡堋＿@個發(fā)現(xiàn)或?qū)⒁l(fā)新一輪電子技術(shù)的革命，使人類進入拓?fù)淞孔佑嬎愕臅r代。

與普通計算機通過二進制方式處理數(shù)據(jù)不同，量子計算機是一種基于量子物理機理處理數(shù)據(jù)的計算機。它對數(shù)據(jù)的處理速度驚人。以天氣預(yù)報為例，由于現(xiàn)有技術(shù)的局限，現(xiàn)在人們對天氣的預(yù)測不可能達(dá)到每次都非常準(zhǔn)確。如果使用量子計算機來計算天氣數(shù)據(jù)，不僅能瞬間運算海量數(shù)據(jù)，預(yù)測的準(zhǔn)確性也會大大提高。

當(dāng)然，精確地預(yù)測天氣對于量子計算機來說還不算什么，它能對海量已經(jīng)合成的新材料，甚至還能對未合成的概念材料進行系統(tǒng)、精確、高效地計算，為材料科學(xué)領(lǐng)域帶來革命性的進步。而科學(xué)家們預(yù)期馬約拉納費米子就是制造量子計算機的完美選擇之一。

據(jù)介紹，迄今人類還沒有制造出真正意義上的量子計算機，其中一個很重要的原因是，目前用于量子計算的粒子的量子態(tài)并不穩(wěn)定，電磁干擾或物理干擾可以輕松打亂它們本應(yīng)進行的計算。

而馬約拉納費米子的反粒子就是自己本身，它的狀態(tài)非常穩(wěn)定。這些屬性或許使量子計算機的制造變成現(xiàn)實的一個關(guān)鍵，從而幫助人類敲開拓?fù)淞孔佑嬎銜r代的大門。

▲實驗室內(nèi)的人造拓?fù)涑瑢?dǎo)體