上海交通大学２２日宣布，通过巧妙的实验设计，贾金锋教授领衔的研究团队和其他机构合作，率先观测到在涡旋中的马约拉纳费米子的踪迹。在过去的８０年里，粒子物理学家一直在搜寻马约拉纳费米子，这种粒子既是困扰物理学界多年的正反粒子同体的特殊费米子，也是未来制造量子计算机的可能候选对象。

国际顶级物理学刊物《物理评论快报》在线发表了贾金锋教授及其合作者的论文。这一成果或许意味着人类朝着跨入量子计算时代的梦想迈进重要一步。

粒子分成两大类：费米子和玻色子。早在１９３７年，意大利物理学家埃托雷·马约拉纳预言，自然界中可能存在一类特殊的费米子，这种费米子的反粒子即其本身，被称为“马约拉纳费米子”。粒子物理标准模型里的中微子是一种可能的马约拉纳费米子。尽管做了很多努力，但在过去的８０年中，物理学家一直都未找到马约拉纳费米子存在的证据。

“事实上，我们所发现的马约拉纳费米子并不是一个传统意义上的粒子，而是一种准粒子，但它同样符合马约拉纳的预言。”贾金锋介绍说，准粒子是凝聚态物理中一个重要概念，它是描述某种体系中大量粒子集体行为的一种方法，也就是说把粒子集体行为的某些表现，看作是一个粒子的行为。“这样可以大大简化模型，便于正确表述一些具体物理现象的机理。”

在大量实验基础上，研究人员创新性地使超导材料上方“生长”出拓扑绝缘体薄膜，让拓扑绝缘体薄膜的表面变成拓扑超导体，直接把马约拉纳费米子从“暗处”翻到“明面”上，观察起来更方便，为寻找马约拉纳费米子奠定了重要的材料基础。

马约拉纳费米子的磁性非常弱，要探测到它需要有更加灵敏、更低温度的扫描隧道显微镜。南京大学的尖端扫描隧道显微镜系统为实验提供了条件。随后，团队研究人员按照预先设计好的方案，用自旋极化的扫描隧道显微镜在“人造拓扑超导薄膜”表面的涡旋中心进行了仔细测量。　２０１５年底，贾金锋团队及其合作者终于直接观察到了由马约拉纳费米子引起的特有自旋极化电流，这是马约拉纳费米子存在的确定性证据。此后，他们又与浙江大学合作，进行理论计算；２０１６年初，研究团队发现理论计算的结果完全支持实验观测到的结果。通过反复对比实验，发现只有马约拉纳费米子才能产生这种自旋极化电流的现象。

至此，在上海交通大学大贾金锋教授研究组与浙江大学许祝安、张富春研究组，南京大学李绍春研究组及美国麻省理工学院傅亮教授等的合作下，马约拉纳费米子的神秘面纱终于被揭开。

据介绍，人类迄今还没有制造出真正意义上的量子计算机，其中一个很重要的原因，是因为目前用于量子计算的粒子的量子态并不稳定，电磁干扰或物理干扰可以轻松打乱它们本应进行的计算。而马约拉纳费米子的反粒子就是其本身，它的状态非常稳定；这些属性或许能使量子计算机的制造变成现实，从而帮助人类敲开拓扑量子计算时代的大门。