物理学研究人员在超导 SnTe 中发现了新的多个马约拉纳零模式

一个合作研究团队在超导拓扑晶体绝缘体 SnTe 的单个涡旋中发现了世界上第一个多个马约拉纳零模式 (MZM)，并利用晶体对称性来控制 MZM 之间的耦合。


这项发表于《自然》杂志的研究成果，为实现容错量子计算机提供了一条新途径。该团队由香港科技大学物理系副教授刘俊伟教授以及上海交通大学贾金峰教授和李耀毅教授领导。

MZM 是超导体中遵循非阿贝尔统计的零能量拓扑非平凡准粒子，即使总交换次数相同，也允许不等价的编织序列。这与电子或光子等普通粒子形成对比，普通粒子中的不同编织总是导致相同的最终状态。这种独特的特性保护 MZM 免受局部扰动，使其成为稳健容错量子计算的理想平台。

尽管在设计人工拓扑超导体方面已经取得了重大进展，但由于 MZM 在现实空间中的分离，它们的编织和操控仍然极具挑战性，这使得杂化所需的运动变得复杂。

新发表的这项研究由香港科技大学理论研究小组和上海交通大学实验研究小组合作完成，他们采用了一种完全不同的方法，利用晶体对称性保护的马赫零点调制器的独特特性来消除这些瓶颈。


他们利用在低温扫描隧道显微镜、高质量样品生长和大规模理论模拟方面的丰富经验，采用不需要真实空间运动或强磁场的可控方法，首次证明了超导拓扑晶体绝缘体SnTe单个涡旋中磁镜对称保护的多个MZM的存在及杂化。

上海交通大学实验组在倾斜磁场下观察到 SnTe/Pb 异质结构中零偏压峰的显著变化，这是 MZM 的有力指标。香港科技大学理论团队随后进行了广泛的数值模拟，明确证明了对倾斜磁场的各向异性响应确实源自晶体对称性保护的 MZM。

他们利用核多项式方法成功模拟了具有数亿个轨道的大型涡旋系统，从而能够进一步探索涡旋系统中除晶体对称性保护的 MZM 之外的新特性。该研究为检测和操纵晶体对称性保护的多个 MZM 开辟了新领域。

他们的发现为非阿贝尔统计的实验证明以及基于晶体对称保护的多重 MZM 构建新型拓扑量子比特和量子门奠定了基础。