策馬量子疆場(chǎng)：2026新春解碼“神駒”計(jì)算力 | 馬年說(shuō)“馬”

馬年說(shuō)“馬” | 編者按

律回春暉漸，萬(wàn)象始更新。中國(guó)科學(xué)院物理研究所 “策馬” 科學(xué)前沿，陪伴大家迎接熱氣騰騰、蒸蒸日上的馬年新春。

在2026丙午馬年來(lái)臨之際，科研人員跟大家一起聊聊“馬”。

每當(dāng)新年鐘聲敲響，人們常以“馬到成功”寄托對(duì)順利與成功的期盼。

在計(jì)算科學(xué)的世界里，我們同樣孜孜以求，尋找那匹能突破瓶頸、馳騁創(chuàng)新天地的“神駒”。

經(jīng)典計(jì)算機(jī)就像一匹在固定賽道上奔跑的馬，每一步都由比特精準(zhǔn)確定（0或1狀態(tài)），但只能一條路跑到黑，處理復(fù)雜任務(wù)時(shí)難免會(huì)遇到算力瓶頸。

為了破解經(jīng)典計(jì)算機(jī)的算力瓶頸陷入困境，量子計(jì)算應(yīng)運(yùn)而生。這就像為馬匹賦予了“量子魔法”，讓它能夠進(jìn)行“量子躍遷”——量子比特可以同時(shí)處于多種狀態(tài)即“疊加態(tài)”，如同一匹馬能同時(shí)出現(xiàn)在多條賽道上并行奔跑，從而帶來(lái)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的超強(qiáng)算力。

然而，量子比特雖快，卻易受噪聲干擾。馬約拉納零能模的提出，帶來(lái)了一支以整體隊(duì)形免疫干擾的“拓?fù)漶R隊(duì)”——信息不儲(chǔ)存在單匹馬中，而是編碼在它們彼此編織的隊(duì)形關(guān)系里，即使個(gè)別馬匹受擾，隊(duì)形不亂，計(jì)算便能繼續(xù)穩(wěn)健前行。

理論預(yù)言

馬約拉納零能模的物理思想源于1937年物理學(xué)家埃托雷·馬約拉納的理論預(yù)言

他提出了一種特殊的費(fèi)米子——馬約拉納費(fèi)米子，其顯著特征是粒子與反粒子并無(wú)區(qū)別。這一獨(dú)特性質(zhì)在理論上引發(fā)了人們對(duì)全新量子態(tài)的廣泛興趣，也為后續(xù)研究奠定了重要思想基礎(chǔ)

盡管這種基本粒子至今尚未在自然界中被直接發(fā)現(xiàn)，但科學(xué)家們研究發(fā)現(xiàn)在凝聚態(tài)物理體系中可以出現(xiàn)具有馬約拉納特性的準(zhǔn)粒子。當(dāng)這種準(zhǔn)粒子以零能態(tài)的形式被局域在體系的特定位置時(shí)，就形成了所謂的馬約拉納零能模

馬約拉納零能模可以成對(duì)地分布在空間上分離的位置，其量子信息以非局域方式編碼，從而對(duì)局域擾動(dòng)具有天然的魯棒性。正是這種由體系拓?fù)湫再|(zhì)所賦予的保護(hù)機(jī)制，使馬約拉納零能模被視為構(gòu)造拓?fù)淞孔颖忍亍?shí)現(xiàn)自容錯(cuò)量子計(jì)算的理想候選

利用馬約拉納零能模構(gòu)筑拓?fù)淞孔颖忍?/p>

從理論神駒到實(shí)驗(yàn)?zāi)翀?chǎng)

近年來(lái)，在從理論到實(shí)驗(yàn)的探索中，中國(guó)科學(xué)院物理研究所研究團(tuán)隊(duì)取得了突破性進(jìn)展。他們利用掃描隧道顯微鏡，在鐵基超導(dǎo)體FeTe0.55Se0.45單晶表面的磁通渦旋中心，首次觀測(cè)到了純凈的馬約拉納零能模的關(guān)鍵特征信號(hào)——一個(gè)高度局域化且尖銳的零偏壓電導(dǎo)峰。

▲大面積、有序可調(diào)的馬約拉納零能模陣

人類對(duì)信息處理能力的探索，是一個(gè)不斷超越的歷程：從經(jīng)典比特（猶如一匹在固定賽道奔跑的馬）的確定性，到量子疊加態(tài)（如同一匹可同時(shí)存在于多條賽道的馬）的概率性，如今正邁向拓?fù)浔Ｗo(hù)（恰似一支通過(guò)整體隊(duì)形免疫干擾的馬隊(duì)）的穩(wěn)健性。

這一歷程標(biāo)志著我們的追求進(jìn)入了更深層次，而馬約拉納零能模的探索，正在開(kāi)啟通往更強(qiáng)大、更可靠量子未來(lái)的大門。

責(zé)任編輯：侯茜，李更，張大川

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