Majorana颗粒是基本颗粒家族中非常奇特的成员。意大利物理学家Ettore Majorana于1937年首次预测，这些粒子属于所谓的费米子群，也包括电子，中子和质子。Majorana费米子是电中性的，也是他们自己的抗粒子。例如，这些外来粒子可以在拓扑超导体中作为准粒子出现，并且代表拓扑量子计算机的理想构建块。

走向两个维度

在基于Majorana准粒子的拓扑量子计算机的道路上，来自维尔茨堡大学的物理学家和来自哈佛大学(美国)的同事们迈出了重要的一步：此领域的先前实验主要集中在一维系统上来自维尔茨堡和哈佛的团队成功地进入了二维系统。

在这次合作中，来自维尔茨堡大学的Ewelina Hankiewicz(Theoretische Physik IV)和Laurens Molenkamp(Experimentelle Physik III)的团队与来自哈佛大学的Amir Yacoby和Bertrand Halperin团队合作。他们的研究结果发表在最新一期的自然科学期刊上。

两个超导体可以简化问题

“实现Majorana费米子是凝聚态物理学中研究最深入的主题之一，”Ewelina Hankiewicz说。据她介绍，以前的实现通常集中在一维系统，如纳米线。她解释说，在这些设置中操纵Majorana费米子是非常困难的。因此，需要做出巨大努力才能使这些设置中的Majorana费米子最终适用于量子计算。

为了避免这些困难，研究人员研究了具有强自旋 - 轨道耦合的二维系统中的Majorana费米子。“我们研究的系统是一个所谓的相控约瑟夫森结，即两个被正常区域隔开的超导体，”Laurens Molenkamp解释说。两个超导体之间的超导相位差提供了额外的旋钮，这使得其他系统参数的复杂微调至少部分不必要。

朝着改进控制迈出的重要一步

在所研究的材料中，碲化镉量子阱与超导薄膜铝耦合，物理学家首次观察到拓扑相变，这意味着在相控约瑟夫森结中出现了Majorana费米子。实验中实现的设置构成了Majorana费米子的创建，操作和控制的通用平台，与以前的一维平台相比，它具有多种优势。根据Hankiewicz的说法，“这是改善Majorana费米子控制的重要一步。”基于二维约瑟夫森结的拓扑超导体的概念证明为凝聚态物理中的Majorana费米子的研究开辟了新的可能性。特别是，

计算机技术的潜在革命

同时，对Majorana费米子的改进控制代表了拓扑量子计算机的重要一步。从理论上讲，这种计算机可以比传统计算机强大得多。因此，它们有可能彻底改变计算机技术。

接下来，研究人员计划改进约瑟夫森结并向更窄的正常区域移动。在这里，预计会有更多本地化的Majorana费米子。他们进一步研究了操纵Majorana费米子的其他可能性，例如，通过使用其他半导体。