策马量子疆场：2026新春解码“神驹”计算力 | 马年说“马”

马年说“马” | 编者按

律回春晖渐，万象始更新。中国科学院物理研究所 “策马” 科学前沿，陪伴大家迎接热气腾腾、蒸蒸日上的马年新春。

在2026丙午马年来临之际，科研人员跟大家一起聊聊“马”。

每当新年钟声敲响，人们常以“马到成功”寄托对顺利与成功的期盼。

在计算科学的世界里，我们同样孜孜以求，寻找那匹能突破瓶颈、驰骋创新天地的“神驹”。

经典计算机就像一匹在固定赛道上奔跑的马，每一步都由比特精准确定（0或1状态），但只能一条路跑到黑，处理复杂任务时难免会遇到算力瓶颈。

为了破解经典计算机的算力瓶颈陷入困境，量子计算应运而生。这就像为马匹赋予了“量子魔法”，让它能够进行“量子跃迁”——量子比特可以同时处于多种状态即“叠加态”，如同一匹马能同时出现在多条赛道上并行奔跑，从而带来指数级增长的超强算力。

然而，量子比特虽快，却易受噪声干扰。马约拉纳零能模的提出，带来了一支以整体队形免疫干扰的“拓扑马队”——信息不储存在单匹马中，而是编码在它们彼此编织的队形关系里，即使个别马匹受扰，队形不乱，计算便能继续稳健前行。

理论预言

马约拉纳零能模的物理思想源于1937年物理学家埃托雷·马约拉纳的理论预言

他提出了一种特殊的费米子——马约拉纳费米子，其显著特征是粒子与反粒子并无区别。这一独特性质在理论上引发了人们对全新量子态的广泛兴趣，也为后续研究奠定了重要思想基础

尽管这种基本粒子至今尚未在自然界中被直接发现，但科学家们研究发现在凝聚态物理体系中可以出现具有马约拉纳特性的准粒子。当这种准粒子以零能态的形式被局域在体系的特定位置时，就形成了所谓的马约拉纳零能模

马约拉纳零能模可以成对地分布在空间上分离的位置，其量子信息以非局域方式编码，从而对局域扰动具有天然的鲁棒性。正是这种由体系拓扑性质所赋予的保护机制，使马约拉纳零能模被视为构造拓扑量子比特、实现自容错量子计算的理想候选

利用马约拉纳零能模构筑拓扑量子比特

从理论神驹到实验牧场

近年来，在从理论到实验的探索中，中国科学院物理研究所研究团队取得了突破性进展。他们利用扫描隧道显微镜，在铁基超导体FeTe0.55Se0.45单晶表面的磁通涡旋中心，首次观测到了纯净的马约拉纳零能模的关键特征信号——一个高度局域化且尖锐的零偏压电导峰。

▲大面积、有序可调的马约拉纳零能模阵

人类对信息处理能力的探索，是一个不断超越的历程：从经典比特（犹如一匹在固定赛道奔跑的马）的确定性，到量子叠加态（如同一匹可同时存在于多条赛道的马）的概率性，如今正迈向拓扑保护（恰似一支通过整体队形免疫干扰的马队）的稳健性。

这一历程标志着我们的追求进入了更深层次，而马约拉纳零能模的探索，正在开启通往更强大、更可靠量子未来的大门。

责任编辑：侯茜，李更，张大川

编辑：LYang