文炼均 潘东3) 赵建华3)4)†

1) (中国科学院半导体研究所, 半导体超晶格国家重点实验室, 北京 100083)

2) (中国科学院大学材料科学与光电技术学院, 北京 100049)

3) (北京量子信息科学研究院, 北京 100193)

4) (中国科学院大学, 中国科学院拓扑量子计算卓越创新中心, 北京 100049)

作为马约拉纳费米子的“凝聚态版本”, 马约拉纳零能模是当前凝聚态物理领域的研究热点.马约拉纳零能模满足非阿贝尔统计, 可以构建受拓扑保护的量子比特.这种由空间上分离的马约拉纳零能模构建的拓扑量子比特不易受局域噪声的干扰, 具有长的退相干时间, 在容错量子计算中具有重要的应用前景.半导体/超导体纳米线是研究马约拉纳零能模和拓扑量子计算的理想实验平台.本文综述了高质量半导体纳米线外延生长、半导体/超导体异质结制备以及相应的马约拉纳零能模研究方面的进展, 并对半导体/超导体纳米线在量子计算中的应用前景进行了展望.

1 引 言

1937 年, 意大利物理学家埃托雷·马约拉纳(Ettore Majorana)求解狄拉克方程时发现, 在纯虚数构建的狄拉克矩阵表示下(即马约拉纳表象),狄拉克方程存在实数解.该粒子的产生算符 γ†和湮灭算符γ 相等, 即其反粒子为自身, 粒子呈电中性,这类自旋1/2 的粒子被称为马约拉纳费米子.在粒子物理领域中, 呈电中性的中微子曾被预言是马约拉纳费米子, 但该观点至今尚未得到相关实验数据的支持[1].在凝聚态物理的固体宇宙世界中, 虽然主要的研……