跳动城乡网马约拉纳以意大利理论物理学家的名字命名，是复杂的准粒子，可能是构建下一代量子计算系统的关键。
大多数材料含有许多电子，每个电子都带有负电荷和一种称为自旋的内在量子动量。某些材料中电子之间的相互作用可以产生涌现粒子，或与组成它们的电子具有完全不同特性的粒子。例如，其中旋转和充电部分的材料以及电荷单位分解成更小的部分的材料。
马约拉纳粒子属于此类涌现粒子，可以存在于某些类型的超导体和称为自旋液体的物质量子态中。两个马约拉纳结合形成一个电子，因此科学家的目标是识别这些马约拉纳可以单独存在的材料。这样做将使研究人员能够观察这些粒子自行展示的独特能力，包括远距离存储和传输信息的有效方法。
为了实现这一目标，包括哈佛大学的阿米尔·雅各比(总部位于能源部橡树岭国家实验室量子科学中心的成员)在内的研究小组在《科学》杂志上发表了一篇关于马约拉纳领域现状的评论论文研究。 QSC 是美国能源部国家量子信息科学研究中心。
该团队由来自哈佛大学、普林斯顿大学和柏林自由大学的研究人员组成，致力于研究马约拉纳行为，以增强对这些粒子的潜在应用及其对基本科学现象影响的了解。
“这些奇特的颗粒只存在于某些材料中，”雅科比说。 “所以，问题是，它们存在于哪些材料中以及如何存在?我们可以进行哪些类型的测试来确定某种特定材料是否有可能容纳马约拉纳星?回答这些问题是该领域的主要挑战之一。 ”
在他们的论文中，研究人员描述了过去十年取得的进展，并主要关注四个有望隔离和测量马约拉纳的平台——纳米线、分数量子霍尔效应、拓扑材料和约瑟夫森结。
纳米线是实现基于马约拉纳的量子系统研究最多的选择，是由半导体材料制成的细棒。创造适合马约拉纳斯的大气层的另一种方法是启用分数量子霍尔效应，当电子在强磁场的平面内移动时就会发生这种效应。
许多拓扑材料也是马约拉纳星体的潜在宿主，因为它们的内部区域充当电绝缘体，而外部区域则容易导电，这些结构看似矛盾。最后，约瑟夫森结由两个被一块普通金属或半导体隔开的超导体组成。 QSC 之前的研究表明，这些超导三明治可以被设计成舒适地容纳马约拉纳。
雅各比说：“当我们将新技术应用于这些不同类型的材料时，经常会发现一些意想不到的东西。” “我们的部分目标是更好地了解我们在观察到的签名中到底看到了什么。”
这项研究符合 QSC 的优先事项。研究人员正在与其他 QSC 成员合作，包括加州大学洛杉矶分校的 Prineha Narang 和橡树岭国家实验室的 Stephen Jesse，继续设计旨在筛选马约拉纳斯材料的新理论和实验方法。
“通过 QSC，我们已经能够利用量子科学界正在出现的新技术，”Yacoby 说。 “其中包括测量和探测物质的新方法，以设计新的测试，告诉我们某种材料是否值得考虑作为马约拉纳星的可能宿主。”
