量子计算新突破：揭开“马约拉纳量子比特”的神秘面纱

为阐明研究结果的重要性，阿瓜多将拓扑量子比特描述为“量子信息的保险箱”。这类量子比特并非将数据存储在固定位置，而是把信息分布在两个相互关联的量子态（称为马约拉纳零模）中。由于数据以这种方式分布，因此获得了天然的保护。
这种结构使拓扑量子比特对量子计算极具吸引力。“它们本质上能抵抗导致退相干的局部噪声，因为要破坏信息，故障必须从全局影响整个系统，”阿瓜多解释道。然而，这种保护特性也给研究人员带来了重大挑战。正如他所指出的：“这一优点反而成了实验中的‘阿喀琉斯之踵’：如何‘读取’或‘探测’一个不存在于任何特定点的特性？”
构建Kitaev最小链
为克服这一障碍，团队设计了一种由小型组件组装而成的模块化纳米结构，类似于用乐高积木搭建。这种被称为Kitaev最小链的装置，由两个通过超导体连接的半导体量子点组成。
阿瓜多解释说，这种方法使研究人员能够从头构建系统。“与以往实验中盲目操作多种材料组合不同，我们采用自底向上的方式构建系统，能够可控地产生马约拉纳模，这实际上是我们QuKit项目的核心思想。”这种精心设计让科学家能够直接控制马约拉纳模的形成。
马约拉纳宇称的实时测量
组装好Kitaev最小链后，团队应用了量子电容探针。他们首次能够通过单次测量实时确定由两个马约拉纳模形成的组合量子态是偶宇称还是奇宇称。实际上，这揭示了量子比特处于填充态还是空态，而这定义了它存储信息的方式。
“该实验巧妙地证实了保护原理：局部电荷测量无法获取这一信息，而全局探针却能清晰揭示它，”同样参与该研究的ICMM CSIC研究员戈姆·斯特芬森说。
研究人员还检测到“随机宇称跳变”，这是实验的另一重要成果。通过分析这些事件，他们测量到“宇称相干时间超过1毫秒”，这一持续时间对于未来基于马约拉纳模的拓扑量子比特操作而言，被认为极具前景。
代尔夫特与ICMM CSIC的合作
该研究结合了主要由代尔夫特理工大学开发的创新实验平台和ICMM CSIC开展的理论工作。作者们强调，理论贡献“对于理解这一高度复杂的实验至关重要”，凸显了这一量子计算进展背后的共同努力。