物理研究人員於超導 SnTe 中解鎖多個新零模

一個合作研究團隊在超導拓撲晶體絕緣體 SnTe 的單個渦旋中發現了世界上首個多個馬約拉納零模（MZMs），並利用晶體對稱性來控制 MZMs 之間的耦合。

這一發現發表在《自然》雜誌上，爲實現容錯量子計算機提供了一條新途徑。該團隊由香港科技大學物理系副教授劉俊偉教授以及上海交通大學的賈金鋒教授和李耀義教授領導。

MZM 是超導體中一種零能量拓撲非平凡準粒子，遵循非阿貝爾統計，即使交換的總數相同，也允許不等價的編織序列。這與普通粒子（如電子或光子）形成對比，在普通粒子中，不同的編織總是導致相同的最終狀態。這種獨特的性質使 MZMs 免受局部擾動，使其成爲強大容錯量子計算的理想平臺。

儘管在工程人造拓撲超導體方面已經取得了顯著進展，但由於馬約拉納零模在實空間相互分離，對其進行編織和操縱仍極具挑戰性，這使得實現雜交所需的移動變得複雜。

香港科技大學的理論小組與上海交通大學的實驗小組合作發表的新成果，採用了一種截然不同的方法，藉助晶體對稱性保護的馬約拉納零模的獨特特性來消除這些瓶頸。

他們首次展示了在超導拓撲晶體絕緣體 SnTe 的單個渦旋中存在且雜交的磁鏡對稱保護的多個馬約拉納零能模（MZMs），所採用的控制方法既不需要實空間移動，也不需要強磁場，憑藉他們在低溫掃描隧道顯微鏡、高質量樣品培育以及大規模理論模擬等方面的豐富經驗。

上海交通大學的實驗組觀察到，在傾斜磁場下，SnTe/Pb 異質結構中的零偏壓峰（MZMs 的一個強指標）有顯著變化。香港科技大學的理論團隊隨後開展了廣泛的數值模擬，明確證實了對傾斜磁場的各向異性響應的確源自晶體對稱保護的 MZMs。

藉助核多項式方法，他們成功地模擬了具有數億個軌道的大型渦旋系統，從而能夠進一步探索渦旋系統中除晶體對稱性保護的馬約拉納零模之外的新特性。這項研究爲檢測和操控晶體對稱性保護的多個馬約拉納零模開拓了新的前沿領域。

他們的這一發現爲非阿貝爾統計的實驗展示以及基於晶體對稱性保護的多個馬約拉納零模構建新型拓撲量子比特和量子門鋪平了道路。