物理研究人员于超导 SnTe 中解锁多个新零模

一个合作研究团队在超导拓扑晶体绝缘体 SnTe 的单个涡旋中发现了世界上首个多个马约拉纳零模（MZMs），并利用晶体对称性来控制 MZMs 之间的耦合。

这一发现发表在《自然》杂志上，为实现容错量子计算机提供了一条新途径。该团队由香港科技大学物理系副教授刘俊伟教授以及上海交通大学的贾金锋教授和李耀义教授领导。

MZM 是超导体中一种零能量拓扑非平凡准粒子，遵循非阿贝尔统计，即使交换的总数相同，也允许不等价的编织序列。这与普通粒子（如电子或光子）形成对比，在普通粒子中，不同的编织总是导致相同的最终状态。这种独特的性质使 MZMs 免受局部扰动，使其成为强大容错量子计算的理想平台。

尽管在工程人造拓扑超导体方面已经取得了显著进展，但由于马约拉纳零模在实空间相互分离，对其进行编织和操纵仍极具挑战性，这使得实现杂交所需的移动变得复杂。

香港科技大学的理论小组与上海交通大学的实验小组合作发表的新成果，采用了一种截然不同的方法，借助晶体对称性保护的马约拉纳零模的独特特性来消除这些瓶颈。

他们首次展示了在超导拓扑晶体绝缘体 SnTe 的单个涡旋中存在且杂交的磁镜对称保护的多个马约拉纳零能模（MZMs），所采用的控制方法既不需要实空间移动，也不需要强磁场，凭借他们在低温扫描隧道显微镜、高质量样品培育以及大规模理论模拟等方面的丰富经验。

上海交通大学的实验组观察到，在倾斜磁场下，SnTe/Pb 异质结构中的零偏压峰（MZMs 的一个强指标）有显著变化。香港科技大学的理论团队随后开展了广泛的数值模拟，明确证实了对倾斜磁场的各向异性响应的确源自晶体对称保护的 MZMs。

借助核多项式方法，他们成功地模拟了具有数亿个轨道的大型涡旋系统，从而能够进一步探索涡旋系统中除晶体对称性保护的马约拉纳零模之外的新特性。这项研究为检测和操控晶体对称性保护的多个马约拉纳零模开拓了新的前沿领域。

他们的这一发现为非阿贝尔统计的实验展示以及基于晶体对称性保护的多个马约拉纳零模构建新型拓扑量子比特和量子门铺平了道路。