用新方法“分裂”电子，拓扑量子计算机更近一步。

电子曾被认为不可分割，但在量子干涉下可能会表现出可分裂成两半的行为。这项开创性的研究探讨了受量子力学支配的纳米电子电路如何让电子选择路径并进行自我干涉，从而产生类似神秘马约拉纳费米子的效应。

量子物理与纳米级电子学相结合

科学家们早就认识到，电子是不可分割的基本粒子。然而，开创性的研究表明，量子力学的一个奇特特征可以创造出模拟半个电子行为的状态。这些所谓的“分裂电子”可能是推动量子计算发展的关键。

该发现最近发表于《物理评论快报》，由都柏林大学学院物理学院的安德鲁·米切尔教授和印度理工学院丹巴德分校的苏德什纳·森博士领导。两人都是理论物理学家，专门研究纳米级电子电路的量子特性。

量子力学重新定义微型电子学

森博士说：“如今，电子产品的微型化已达到电路元件的直径仅有数纳米的程度。在这个尺度上，游戏规则由量子力学决定，你必须放弃对事物运行方式的直觉认知。电流通过导线，实际上是由大量电子构成，随着导线越来越细，你可以观察到电子逐一通过。如今，我们甚至可以制造仅用一个电子就能工作的晶体管。”

当纳米电子电路设计为让电子“选择”两种不同的路径时，就会发生量子干涉。米切尔教授解释说：“我们在这种电路中看到的量子干涉与著名的双缝实验中观察到的量子干涉非常相似。”

双缝实验的波形启示

双缝实验证明了量子粒子（如电子）具有波动性，这一发现促进了20世纪20年代量子力学的发展。实验中，单个电子被射向带有两个微小缝隙的屏障，电子最终抵达的位置会被记录在屏障另一侧的照相底板上。由于电子可以通过任意一个缝隙，它们会发生相互干涉。事实上，单个电子也会像波一样发生自我干涉，只要它同时穿过两个缝隙。结果是在后方的屏幕上形成了明暗相间的干涉条纹。由于相消干涉，在某些位置发现电子的概率可能为零——可以想象成两列波的波峰和波谷相遇并相互抵消。

表现为马约拉纳费米子的电子

米切尔教授表示：“纳米电子电路的情况也是如此。电路中沿不同路径运动的电子可发生破坏性干涉，阻碍电流流动。量子器件中之前也观察到过此现象。我们此次的新发现是，通过迫使多个电子彼此靠近到足以产生强烈排斥力的程度，可以改变量子干涉。尽管电路中的基本粒子只有电子，但它们集体运动时的表现却好似一个电子被一分为二。”

马约拉纳费米子与量子计算潜力

结果是发现了所谓的“马约拉纳费米子”——这种粒子最早由数学家于1937年从理论上提出，但至今尚未通过实验分离出来。如果在电子设备中能够创造并控制马约拉纳粒子，该发现对新量子技术的发展可能具有重要意义。

米切尔教授说：“过去几年，人们一直在大力搜寻马约拉纳费米子，因为它们是拟议中的拓扑量子计算机的关键组成部分。我们可能已经找到一种方法，利用量子干涉效应在纳米电子器件中生成它们。”