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【亞太日報訊】（記者仇逸）上海交通大學２２日宣佈，通過巧妙的實驗設計，賈金鋒教授領銜的研究團隊和其他機構合作，率先觀測到在渦旋中的馬約拉納費米子的蹤跡。在過去的８０年裏，粒子物理學家一直在搜尋馬約拉納費米子，這種粒子既是困擾物理學界多年的正反粒子同體的特殊費米子，也是未來製造量子計算機的可能候選對象。
國際頂級物理學刊物《物理評論快報》線上發表了賈金鋒教授及其合作者的論文。這一成果或許意味著人類朝著跨入量子計算時代的夢想邁進重要一步。
粒子分成兩大類：費米子和玻色子。早在１９３７年，意大利物理學家埃托雷·馬約拉納預言，自然界中可能存在一類特殊的費米子，這種費米子的反粒子即其本身，被稱為“馬約拉納費米子”。粒子物理標準模型裏的中微子是一種可能的馬約拉納費米子。儘管做了很多努力，但在過去的８０年中，物理學家一直都未找到馬約拉納費米子存在的證據。
“事實上，我們所發現的馬約拉納費米子並不是一個傳統意義上的粒子，而是一種準粒子，但它同樣符合馬約拉納的預言。”賈金鋒介紹說，準粒子是凝聚態物理中一個重要概念，它是描述某種體系中大量粒子集體行為的一種方法，也就是說把粒子集體行為的某些表現，看作是一個粒子的行為。“這樣可以大大簡化模型，便於正確表述一些具體物理現象的機理。”
在大量實驗基礎上，研究人員創新性地使超導材料上方“生長”出拓撲絕緣體薄膜，讓拓撲絕緣體薄膜的表面變成拓撲超導體，直接把馬約拉納費米子從“暗處”翻到“明面”上，觀察起來更方便，為尋找馬約拉納費米子奠定了重要的材料基礎。
馬約拉納費米子的磁性非常弱，要探測到它需要有更加靈敏、更低溫度的掃描隧道顯微鏡。南京大學的尖端掃描隧道顯微鏡系統為實驗提供了條件。隨後，團隊研究人員按照預先設計好的方案，用自旋極化的掃描隧道顯微鏡在“人造拓撲超導薄膜”表面的渦旋中心進行了仔細測量。２０１５年底，賈金鋒團隊及其合作者終於直接觀察到了由馬約拉納費米子引起的特有自旋極化電流，這是馬約拉納費米子存在的確定性證據。此後，他們又與浙江大學合作，進行理論計算；２０１６年初，研究團隊發現理論計算的結果完全支持實驗觀測到的結果。通過反復對比實驗，發現只有馬約拉納費米子才能產生這種自旋極化電流的現象。
至此，在上海交通大學賈金鋒教授研究組與浙江大學許祝安、張富春研究組，南京大學李紹春研究組及美國麻省理工學院傅亮教授等的合作下，馬約拉納費米子的神秘面紗終於被揭開。
據介紹，人類迄今還沒有製造出真正意義上的量子計算機，其中一個很重要的原因，是因為目前用於量子計算的粒子的量子態並不穩定，電磁干擾或物理干擾可以輕鬆打亂它們本應進行的計算。而馬約拉納費米子的反粒子就是其本身，它的狀態非常穩定；這些屬性或許能使量子計算機的製造變成現實，從而幫助人類敲開拓撲量子計算時代的大門。