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不明觉厉!物理学重大突破:探寻了近80年的“天使粒子”找到了 霍金再发警告:上帝粒子可摧毁整个宇宙

网络配图

改写基础理论,应用前景可期

根据著名的爱因斯坦质能方程式E=mc2,当一个粒子遇上它的反粒子时,它们会相互湮灭从而将所有质量释放出来成为能量。丹·布朗的小说及同名电影《天使与魔鬼》就描述过这种正反粒子湮灭爆炸的场景。而马约拉纳费米子则没有正反之分,这也是为什么张首晟称此次发现的是“天使粒子”的原因。他认为,“天使粒子”最重要的意义是改变了基础物理中有正必有反的理论,也改变了人们一直认知的正反对立的世界观。

而且,不同于其他基本科学从发现到技术应用往往需要历时多年,张首晟昨天在接受记者采访时表示,“天使粒子”实际应用的前景可期。  量子世界本质上是并行的,一个量子粒子能够同时穿过两个狭缝。所以量子计算机能够进行高度并行的量子计算,远比经典计算机有效。然而,一个量子比特的信息存储起来非常困难,微弱的环境噪声都能够毁灭其量子特性。但马约拉纳费米子没有反粒子,马约拉纳费米子本身只相当于半个传统粒子,这便提供了一种绝妙的可能性:一个量子比特能够存储在两个距离十分遥远的马约拉纳费米子上。

如此一来,传统的噪声极难同时以同样方式影响这两个马约拉纳费米子,进而毁灭所存储的量子信息。相较于传统存储方式,比如电子自旋、超导磁通和光子极化,存储在远离的两个马约拉纳费米子上的拓扑量子比特,本质上极其稳固。

张首晟团队所提出的器件同时还是二维体系,从而允许马约拉纳费米子的纠缠和编辫,使得有效的量子计算成为可能。  “事实上,不论此次发现的马约拉纳粒子,还是我们曾经发现的马约拉纳费米子,都不是传统意义上的粒子,而是一种准粒子,但它同样符合马约拉纳的预言。”上海交通大学教授贾金锋在接受记者采访时说。

准粒子是描述某种体系中大量粒子集体行为的一种方法,即把传统意义上某种粒子集体行为的某些表现,看作是一个粒子的行为。这样可以简化模型,便于正确表述某些具体物理现象背后的机理。

“粒子和准粒子就像球员和球队的关系。”贾金锋比喻说,“我们可能不了解队中每个球员的特点以及球员之间的配合情况,但整支球队却像一个准粒子一样,可以比较简单地被认识。而且,恰恰是这类准粒子,才会产生实际的应用,而自然存在的粒子的发现则更多地能够满足人类对自然的理解。”


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