由中国科学院物理研究所高鸿钧、丁洪领导的联合研究团队首次在超导块体材料中观察到了马约拉纳零能模，即马约拉纳任意子。该马约拉纳零能模纯净度高，能在相对更高的温度下实现，且材料体系简单，对研究和构建高度稳定、高容错的量子计算机具有极其重要意义。这项研究成果于北京时间17日由国际顶级学术期刊《科学》在线发表。

　　量子计算机相较于传统计算机具有更快的运行速度与更大的计算量，但其发展受到一个重要因素的制约。“传统的量子比特容易受到外界环境干扰而发生‘退相干’（量子状态间丧失相互干涉性质），导致计算失败。而基于马约拉纳任意子的拓扑量子计算机，对于环境的这种局部扰动有很强的抗干扰能力，自身带有高容错的秉性。”中国科院学物理研究所研究员丁洪解释，马约拉纳任意子可以用来构造拓扑量子比特，应用于自容错的量子计算机。

　　宇宙中的物质都是由叫“费米子”的基本粒子组成，每一个粒子都有反粒子。1937年意大利理论物理学家预言，宇宙中存在自旋为1/2的中性费米子，其反粒子是它本身，人们把这种神奇的粒子称为马约拉纳费米子。作为理论假想粒子，马约拉纳费米子目前还未在真实宇宙中发现。近年来的理论研究表明，在凝聚态物质中可能存在遵守马约拉纳性质（满足马约拉纳费米子运动方程）的准粒子，这些准粒子可看作宇宙中真实粒子在固体中的影子。当马约拉纳费米子以准粒子的形式出现在固体材料的表面时，就变成了符合非阿贝尔统计的马约拉纳任意子。

　　人们一直尝试在凝聚态物质中发现马约拉纳费米子，这是国际科技界激烈竞争的战略制高点之一。科学家将超导材料和拓扑材料结合，在一定的温度、磁场条件下，发现了这种马约拉纳准粒子，即被称为“固体宇宙”中的马约拉纳费米子。比如，2012年荷兰代尔夫特理工大学的Kouwenhoven研究组、2015年上海交通大学贾金锋研究组等，宣称找到了马约拉纳准粒子存在于“固体宇宙”的证据。

　　“这些马约拉纳准粒子存在的体系都需要构造异质结构，至少需要结合两种固体材料，工艺复杂，且需要极低温条件。虽然能看到马约拉纳准粒子，但这种环境不够清晰。”丁洪说，他们利用极低温-强磁场-扫描探针显微系统，首次在超导块体这一单一、干净的固体材料里发现了马约拉纳任意子，而且成分纯度很高，可以看得更清晰，还能在相对更高的温度下实现，不容易受到其他平庸的准粒子的干扰。

　　该研究被认为是世界上第一个证明单一超导块体中存在马约拉纳任意子/费米子的证据。其成果具有高纯度、高温度且结构简单等特性，更容易实现对马约拉纳任意子的编织操纵，对研究和构建稳定的、高容错、可拓展的未来量子计算机具有极其重要意义。同时，这也预示着在其它的多能带高温超导体里也可能存在马约拉纳任意子，为马约拉纳物理的研究开辟新的方向。