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早在2008年，張首晟理論就預(yù)言了量子反常霍爾效應(yīng)，這一預(yù)言在2013年被清華大學(xué)教授薛其坤領(lǐng)銜的清華大學(xué)物理系和中科院物理研究所聯(lián)合組成的實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)證實(shí)。在實(shí)驗(yàn)中，隨著調(diào)節(jié)外磁場，反常量子霍爾效應(yīng)薄膜呈現(xiàn)出量子平臺，對應(yīng)著1、0、-1倍基本電阻單位e2/ h。也就是說，量子世界里的電阻是量子化的，它只能整數(shù)倍地跳臺階。 這給了張首晟一個靈感：馬約拉那費(fèi)米子是通常粒子的一半，既然通常的粒子按整數(shù)跳，馬約拉那費(fèi)米子或許就是按半整數(shù)跳——它一定會呈現(xiàn)出一個奇特的、“1/2的臺階”。由此，他預(yù)言手性馬約拉那費(fèi)米子存在于一種由量子反?；魻栃?yīng)薄膜和普通超導(dǎo)體薄膜組成的混合器件中。當(dāng)把普通超導(dǎo)體置于反常量子霍爾效應(yīng)薄膜之上時，臨近效應(yīng)使之能夠?qū)崿F(xiàn)手性馬約拉那費(fèi)米子，相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中會多出全新的量子平臺，對應(yīng)1/2 倍基本電阻單位e2/ h。 張首晟團(tuán)隊(duì)提出的搜尋馬約拉那費(fèi)米子的實(shí)驗(yàn)平臺：由量子反?；魻栃?yīng)薄膜和普通超導(dǎo)體薄膜組成的混合器件。 在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中，激動人心的成果出現(xiàn)了：王康隆等實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)確實(shí)看到了“1/2的臺階”。這半個基本電阻來源于馬約拉那費(fèi)米子作為半個傳統(tǒng)粒子的特殊性質(zhì)，因此，多出來的半整數(shù)量子平臺為手性馬約拉那費(fèi)米子的存在提供了有力的印證。 王康隆實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)等在與張首晟理論團(tuán)隊(duì)合作下所測量到的與理論預(yù)測符合的半量子電導(dǎo)平臺，這為馬約拉那費(fèi)米子的發(fā)現(xiàn)提供了直接而有力的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。 “天使粒子帶來的量子計算時代，讓我充滿興奮和期待” 找到天使粒子有什么現(xiàn)實(shí)意義?張首晟指出，從基本科學(xué)發(fā)現(xiàn)到技術(shù)應(yīng)用往往需要多年時間，但天使粒子的發(fā)現(xiàn)意味著量子計算已成為可能。 他解釋說，量子世界本質(zhì)上是平行的，一個量子粒子能夠同時穿過兩個狹縫。因此，量子計算機(jī)能夠進(jìn)行高度并行的計算，遠(yuǎn)比經(jīng)典計算機(jī)有效。以算術(shù)問題為例，如果給出一個很大的數(shù)字，問這個數(shù)字能否拆成兩個數(shù)字的乘積，那么經(jīng)典計算機(jī)只能用窮舉法逐一嘗試整除計算，而量子計算機(jī)可以在一瞬間同時完成所有可能項(xiàng)的測算。 一個量子粒子能夠同時穿過兩個狹縫。 然而，一個量子比特的信息非常難以存儲，微弱的環(huán)境噪聲就能毀滅其量子特性。因此，量子計算機(jī)往往被視為可望不可即的空想。 “通常情況下，量子比特只能放在一個傳統(tǒng)粒子內(nèi)儲存，容易被干擾。但如今，天使粒子的發(fā)現(xiàn)提供了一種絕妙的可能性：一個量子比特能夠被拆成兩半，存儲在兩個距離十分遙遠(yuǎn)的馬約拉那費(fèi)米子上。” 張首晟說，如此一來，傳統(tǒng)的噪聲很難同時以同樣的方式影響這兩個馬約拉那費(fèi)米子、進(jìn)而毀滅所存儲的量子信息?！跋噍^于傳統(tǒng)的存儲方式，基于天使粒子的存儲方式極其穩(wěn)固?！?/span> “我們提出的器件同時還是二維體系，從而允許馬約拉那費(fèi)米子的糾纏和編辮，使得有效的量子計算成為可能，從而解決人類面對的一些艱難問題。”張首晟說，“我對天使粒子巡游的量子天堂充滿興奮與期待?！?/span> |
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