科学家开发出一种读取马约拉纳量子比特隐藏状态的新方法，这类量子比特通过成对抗噪声的量子模式存储信息。研究结果证实了其受保护特性，并显示出毫秒级的相干性，使构建强大量子计算机的目标更接近现实。
为了阐明这一结果的重要性，Aguado将拓扑量子比特描述为“像量子信息的安全箱”。这些量子比特不是将数据保存在一个固定位置，而是将信息分布在两个相连的量子态上，这两个量子态被称为马约拉纳零模。由于数据以这种方式分布，它获得了天然的保护。
这种结构使拓扑量子比特对量子计算特别有吸引力。Aguado解释说：“它们天生对导致退相干的局部噪声具有鲁棒性，因为要破坏信息，故障必须全局性地影响系统。”然而，同样的保护特性也给研究人员带来了重大挑战。正如他所指出的，“这一优点成了他们实验中的阿喀琉斯之踵：你如何‘读取’或‘检测’一个不位于任何特定点的属性？”
构建基塔耶夫最小链
为了克服这一障碍，研究团队设计了一种由小组件组装而成的模块化纳米结构，类似于用乐高积木搭建。这种装置被称为基塔耶夫最小链，由两个通过超导体连接的半导体量子点组成。
Aguado解释说，这种方法使研究人员能够从头开始构建系统。“不像之前的实验那样盲目地组合材料，我们自下而上地构建它，并能够以可控的方式产生马约拉纳模，这实际上是我们QuKit项目的主要思想。”这种精心设计让科学家能够直接控制马约拉纳模的形成。
马约拉纳奇偶性的实时测量
在组装好最小基塔耶夫链后，研究团队应用了量子电容探针。他们首次能够实时且通过单次测量确定由两个马约拉纳模形成的组合量子态是偶数还是奇数。实际上，这揭示了量子比特是处于填充态还是空态，这决定了它如何存储信息。
“这项实验优雅地证实了保护原理：局部电荷测量对此信息视而不见，而全局探针则能清晰揭示，”同样参与研究的ICMM CSIC研究员Gorm Steffensen说。
研究人员还检测到了“随机奇偶性跳变”，这是实验的另一个重要结果。通过分析这些事件，他们测量到“奇偶相干性超过一毫秒”，这一持续时间被认为对未来涉及基于马约拉纳模的拓扑量子比特的操作非常有前景。
代尔夫特与ICMM CSIC的合作
这项研究结合了主要在代尔夫特理工大学开发的创新实验平台和ICMM CSIC进行的理论工作。作者强调，理论贡献“对理解这一高度复杂的实验至关重要”，凸显了量子计算这一进展背后的共同努力。