耶鲁科学家结合两种技术实现量子比特

目前量子计算机主要使用超导回路的电磁模式和困在超导量子点内少量电子的自旋特性这两种技术，实现储存和操控量子信息。一份由耶鲁大学引领的新研究宣布他们把两种技术结合使用，结果展示这能够有效综合两种技术的优点。

7月23日发表于《科学》（Science）期刊的研究介绍了用这种方法实现的一种新型量子比特。

研究称，这种新型量子比特是由一个困在约瑟夫森结（Josephson junction）内超导准粒子的自旋构成，也就是说用这个粒子的各种自旋特性代表量子比特的各种状态。

约瑟夫森结是中间以弱连接分隔的两个超导体。弱连接可以有很多选择，可以是普通金属，也可以是绝缘层。准粒子是固态系统中的各种虚拟粒子，在电场或磁场的激发下行为就像粒子一样。

研究介绍这种技术主要有两个特色，一个是在约瑟夫森结内，该粒子的自旋特性和它的运动轨道之间按照一定规律相互牵制，导致流经约瑟夫森结的超电流受到准粒子自旋状态的约束。

另一个特色是，这大幅提升了约瑟夫森结的安德列夫水平（Andreev levels）。安德列夫水平是所有约瑟夫森结都具有的微观电子状态，也是著名的约瑟夫森效应的根本所在——即出现没有电压的电流。

这个实验探索了超导体-半导体异质结构，比如纳米线结的情形，发现安德列夫水平是实现马约拉纳零能模（MZMs）的前提状态。

马约拉纳费米子（fermion）是意大利理论物理学家埃托雷·马约拉纳（Ettore Majorana）1937年提出的一种假设的粒子。它具有粒子的特性，但却不是真正的粒子。现在科学家认为这种粒子是解决量子比特不稳定性的优质方案之一。而马约拉纳零能模是这种粒子神秘的量子态。在这种状态下，该粒子的反粒子就是它本身。

研究称，这项实验对进一步探索基于马约拉纳粒子的拓扑信息处理技术具有重要的意义。