科学家终于找到了读取超安全马约拉纳量子比特的方法，这使稳健的量子计算向前迈进了一大步。

“这是至关重要的进展，”马德里材料科学研究所（ICMM）的西班牙国家研究委员会（CSIC）研究员、该研究合著者拉蒙·阿瓜多说道。他解释道，研究团队已证明，利用一种被称为量子电容的技术，可以检索出存储在马约拉纳费米子量子比特中的信息。阿瓜多表示，这种方法“如同一个对系统整体状态敏感的全局探针”，能让研究人员探测到此前无法企及的特性。

为何拓扑量子比特如此难以测量

阿瓜多将拓扑量子比特比作“量子信息的保险箱”。这类量子比特并非将数据存储于单一固定位置，而是将信息分散于两个相互关联的量子态——马约拉纳零能模之中。由于信息以这种非局域的方式分布，它自然能够抵御那些通常会对脆弱的量子系统造成干扰的微小局部扰动。

这种内置保护机制正是拓扑量子比特在量子计算领域极具吸引力的原因所在。阿瓜多（Aguado）解释道：“由于信息要遭到破坏，故障必须得影响整个系统，因此拓扑量子比特天生就能抵御导致退相干的局部噪声干扰。”然而，这种优势也带来了重大的实验挑战。如果信息并非存在于某一特定位置，科学家又该如何对其进行实际探测或测量呢？正如阿瓜多所言：“这一优势恰恰成了它们实验中的软肋：如何‘读取’或‘探测’一个并不存在于任何特定点的属性呢？”

构建基塔耶夫（Kitaev）最小链

为解决这一问题，研究人员构建了一种精心设计的纳米结构，名为基塔耶夫最小链（Kitaev minimal chain）。阿瓜多（Aguado）将这一过程比作拼搭乐高积木。该装置由两个通过超导体相连的半导体量子点构成，形成了一个虽小却能被精准控制的系统。

这种自下而上的方法标志着与早期实验的转变，早期实验依赖更为复杂的材料组合，却无法达到同等的控制水平。阿瓜多（Aguado）表示：“与先前实验中盲目地组合材料不同，我们采用自下而上的方式，能够以可控的方式生成马约拉纳模式，这实际上正是我们QuKit项目的核心思想。”

马约拉纳宇称的实时探测

在构建出极简的基塔耶夫链后，研究团队运用了量子电容探针技术。他们首次实现了对两个马约拉纳模组合量子态的奇偶性进行实时且单次测量的突破。简言之，该团队能够判断量子比特处于满态还是空态，而这一特性正是其存储信息的基础所在。

“该实验优雅地证实了保护原理：虽然局部电荷测量无法获取此类信息，但全局探测器却能将其清晰呈现，”西班牙材料科学研究所（ICMM CSIC）研究员戈姆·斯特凡森（Gorm Steffensen）如此说道。研究结果表明，尽管传统测量手段无法捕捉隐藏信息，但系统级探测却能成功揭示其真容。

毫秒级一致性及随机奇偶校验跳变

该实验还揭示了另一项重要发现——“随机宇称跃迁”。通过观察这些现象，研究人员测得“宇称相干时间超过一毫秒”，这一时间尺度对于未来基于马约拉纳模的拓扑量子比特操作而言极具前景。

国际合作推动量子计算发展

该研究融合了主要由代尔夫特理工大学开发的创新实验方法，以及西班牙国家研究委员会材料科学研究所（ICMM CSIC）提供的理论分析。作者强调，理论贡献“对于理解这一高度复杂的实验至关重要”，凸显了此次量子计算领域突破背后的协同合作精神。

参考信息：由尼克·范·卢（Nick van Loo）、弗朗切斯科·扎泰利（Francesco Zatelli）、戈姆·O·斯蒂芬森（Gorm O. Steffensen）、巴特·鲁弗斯（Bart Roovers）、王冠中（Guanzhong Wang）、托马斯·范·凯肯伯格（Thomas Van Caekenberghe）、阿尔贝托·博尔丁（Alberto Bordin）、大卫·范·德里尔（David van Driel）、张一宁（Yining Zhang）、维策·D·胡伊斯曼（Wietze D. Huisman）、加达·巴达维（Ghada Badawy）、埃里克·P·A·M·巴克斯（Erik P. A. M. Bakkers）、格热戈日·P·马祖尔（Grzegorz P. Mazur）、拉蒙·阿瓜多（Ramón Aguado）以及利奥·P·考文霍文（Leo P. Kouwenhoven）共同撰写的《极简基塔耶夫链（Kitaev chain）的单次奇偶读数》，发表于2026年2月11日《自然》期刊。DOI：10.1038/s41586-025-09927-7