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一种厚度只有头发丝万分之一的特殊人工薄膜，可能“终结”物理学界长达70多年的寻找马约拉纳费米子“马拉松竞赛”。如果这一切成真，将引发未来电子技术的新一轮革命，大大提高计算机运算速度，精准到秒的天气实况等应用也将有望实现。上海交通大学物理系贾金锋、钱冬研究组今天上午对外宣布：由其领衔的科研团队制备出一种由拓扑绝缘体材料和超导体材料复合而成的特殊人工薄膜，神秘莫测的马约拉纳（Majo—rana）费米子探测有望在年内实现。
这项研究成果即将在美国著名科学期刊《科学》杂志发表，目前网站已先行发布。
厚度仅头发丝万分之一
费米子(如电子、质子)和玻色子(如光子、介子)是基本粒子的两大类。1937年，意大利物理学家埃托雷·马约拉纳预测自然界中可能存在一种特殊的费米子，它是自己的反粒子，人们将其称为马约拉纳费米子。
迄今为止，理论物理学家已经提出多个马约拉纳费米子可能“藏身”的材料体系，几十年来，全世界的科学家展开了一场寻找马约拉纳费米子的竞赛。2008年后，凝聚态物理学家们开始思考一些新方法：固体物质内电子的集体行为中会不会诞生马约拉纳费米子？拓扑绝缘体/超导异质结构，被视为理想的固体物质之一，但这种“跨界”结构的制备又是一道难题。上海交大低维物理和界面工程实验室的贾金锋、钱冬、刘灿华、高春雷四位教授通过无数次实验，在拓扑绝缘体与超导体之间插入一种超薄的过渡层，将拓扑绝缘体材料和超导材料复合成一种厚度只有头发丝万分之一的人工薄膜，使得超导体和拓扑绝缘体“珠联璧合”。这项研究成果为探测和操纵马约拉纳费米子提供了一个实验平台，也为实现拓扑量子计算找到了重要的突破口。
将引发电子技术新革命
钱冬介绍，马约拉纳费米子不仅是一种新奇的量子态，而且在量子计算方面有很好的应用前景制造未来新型的计算机芯片等元器件。他解释，集成电路制约了计算机的计算能力，但人类对高速计算能力的需求越来越高，而马约拉纳费米子使在固体中实现拓扑量子计算成为可能，这不仅能解决量子计算容错性问题，还能带来大得多的运算空间，将引发未来电子技术的新一轮革命。
除了天气预报，拓扑量子计算在石油勘探等很多领域有用武之地。比如目前的石油探测处理数据时，一个传统计算机集群的耗电能力相当于一个小型城市，拓扑量子计算机的计算能力成千上万倍地提高，能耗却将大幅降低。
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