2022年3月，微軟宣布了關於一種獨特粒子表現的研究結果，這種粒子有可能用於製造非常耐用的量子比特。然而，巴塞爾大學的研究人員目前正在質疑這些關於所謂馬約拉納粒子的結論。他們進行的計算表明，結果可以有不同的解釋。

1938 年，一位聰明才智神秘地消失了：年輕的意大利物理學家埃托雷·馬約拉納(Ettore Majorana) 在獲得一張從巴勒莫(Palermo) 到那不勒斯(Naples) 的渡輪船票後似乎從地球上消失了。就在幾個月前，他提出了一種奇特的粒子。這些粒子應該是它們自己的反粒子並且不帶電荷。

在過去的幾年裡，物理學家們對這些神秘的粒子重新產生了興趣，這些粒子以他們失踪的發明者的名字命名（其失踪至今仍未得到解釋）。事實證明，這些粒子可能被用作量子計算機中特別強大的量子比特。

非常細的納米線中的無序可能帶來測量結果可能被誤解為馬約拉納粒子的證據。圖片來源：巴塞爾大學物理系

構建此類計算機的最大障礙是退相干，換句話說，來自環境的干擾可以非常迅速地破壞量子計算機執行計算所使用的敏感量子態。然而，如果人們可以使用馬約拉納粒子作為量子比特，那麼這個問題就可以立即得到解決，因為它們由於其特殊性質而具有對退相干的內在免疫能力。

期望值降低

在科學雜誌《物理評論快報》上發表的一項研究中，巴塞爾大學的研究人員現在已經降低了在不久的將來使用馬約拉納粒子進行計算的期望。Jelena Klinovaja 教授領導的團隊表明，微軟在2022 年公佈的結果，根據該公司實驗室檢測到的馬約拉納粒子，這種理論可能根本站不住腳。

“微軟在他們的實驗中所走的道路肯定是正確的，”理查德大衛赫斯博士說。該研究的學生和第一作者，“但我們的計算表明，測量數據也可以用與馬約拉納粒子無關的其他效應來解釋。”

尋找奇異粒子是最高級別的偵探工作，調查人員只能依靠一些線索。他們使用由半導體材料製成的納米線尋找這些線索，這種納米線比人的頭髮細一千倍，並與超導體耦合。人們懷疑，在這樣的系統中，半導體中的電子和空穴可以配對形成行為類似於馬約拉納粒子的準粒子。

特徵異常

通過電導測量，微軟的專家檢測到了這種馬約拉納態的特徵異常，還表明超導體-納米線組合的超導特性以某種方式對施加的磁場做出響應，表明存在如此- 稱為拓撲相。

在數學中，拓撲可以通過觀察來說明，例如，看一個帶有把手（一個“洞”）的咖啡杯，理論上可以變形為一個甜甜圈（它也有一個“洞”，所以兩者在拓撲上是相等的）但是不是球體（沒有“洞”）。相比之下，在馬約拉納州，拓撲結構是其令人垂涎的退相干免疫的原因。

Klinovaja 小組的博士後Henry Legg 解釋說：“我們現在已經對微軟的實驗進行了數學建模，並試圖找出這些測量結果是否可以有其他——用科學術語來說是’微不足道’的解釋。” 事實上，巴塞爾研究人員得出的結論是，電流異常和超導特性都可以通過納米線內部雜質的少量無序來再現。

“我們的結果清楚地表明，無序在此類實驗中起著重要作用，”Jelena Klinovaja 說。為了明確地檢測馬約拉納態並將它們用於量子計算機，最終需要更純淨的納米線。這也意味著未來幾年不乏實驗挑戰。