一種厚度只有頭髮絲萬分之一的特殊人工薄膜，可能“終結”物理學界長達70多年的尋找馬約拉納費米子“馬拉松競賽”。如果這一切成真，將引發未來電子技術的新一輪革命，大大提高計算機運算速度，精準到秒的天氣實況等應用也將有望實現。上海交通大學物理系賈金鋒、錢冬研究組今天上午對外宣佈：由其領銜的科研團隊製備出一種由拓撲絕緣體材料和超導體材料複合而成的特殊人工薄膜，神秘莫測的馬約拉納（Majo—rana）費米子探測有望在年內實現。

    這項研究成果即將在美國著名科學期刊《科學》雜誌發表，目前網站已先行發佈。

　　厚度僅頭髮絲萬分之一

    費米子(如電子、質子)和玻色子(如光子、介子)是基本粒子的兩大類。1937年，意大利物理學家埃托雷馬約拉納預測自然界中可能存在一種特殊的費米子，它是自己的反粒子，人們將其稱為馬約拉納費米子。

    迄今為止，理論物理學家已經提出多個馬約拉納費米子可能“藏身”的材料體系，幾十年來，全世界的科學家展開了一場尋找馬約拉納費米子的競賽。2008年後，凝聚態物理學家們開始思考一些新方法：固體物質內電子的集體行為中會不會誕生馬約拉納費米子？拓撲絕緣體/超導異質結構，被視為理想的固體物質之一，但這種“跨界”結構的製備又是一道難題。上海交大低維物理和界面工程實驗室的賈金鋒、錢冬、劉燦華、高春雷四位教授通過無數次實驗，在拓撲絕緣體與超導體之間插入一種超薄的過渡層，將拓撲絕緣體材料和超導材料複合成一種厚度只有頭髮絲萬分之一的人工薄膜，使得超導體和拓撲絕緣體“珠聯璧合”。這項研究成果為探測和操縱馬約拉納費米子提供了一個實驗平臺，也為實現拓撲量子計算找到了重要的突破口。

　　將引發電子技術新革命

    錢冬介紹，馬約拉納費米子不僅是一種新奇的量子態，而且在量子計算方面有很好的應用前景製造未來新型的計算機芯片等元器件。他解釋，集成電路制約了計算機的計算能力，但人類對高速計算能力的需求越來越高，而馬約拉納費米子使在固體中實現拓撲量子計算成為可能，這不僅能解決量子計算容錯性問題，還能帶來大得多的運算空間，將引發未來電子技術的新一輪革命。

    除了天氣預報，拓撲量子計算在石油勘探等很多領域有用武之地。比如目前的石油探測處理數據時，一個傳統計算機集群的耗電能力相當於一個小型城市，拓撲量子計算機的計算能力成千上萬倍地提高，能耗卻將大幅降低。