2026年4月17日——1938年3月27日，31岁的意大利物理学家埃托雷·马约拉纳神秘失踪。这位智力超群却内心矛盾的天才，被其导师、1938年诺贝尔物理学奖得主恩里科·费米誉为“牛顿级”的科学家。1937年，马约拉纳发表了《电子与正电子的对称理论》，这是他少数未被自己撕毁的论文之一。该论文为狄拉克方程（统一量子力学与狭义相对论并预言反物质存在的方程）提供解，首次提出粒子与其反粒子等同的概念，这类粒子-反粒子对现被称为马约拉纳费米子。

这篇论文起初仅在专家小圈子里流传，虽被赞数学优美但被认为脱离现实。其重要性直到1950-60年代中微子物理学研究，特别是21世纪凝聚态物理学发展后才被真正认识。研究发现，尽管马约拉纳费米子尚未被实验证实，但在固体材料（尤其是特定超导体）中可能出现其“类比物”——这种准粒子并非真实粒子，而是系统的集体激发态，其行为如同马约拉纳费米子真实存在。

马约拉纳态通常出现在超导导线或链的末端。这类材料在临界温度下可实现零电阻导电，其电子激发态在数学上可分解为两个位于两端的“半费米子”。它们形成的非局域量子共轭态对应零能态，不会改变系统总能量。

如今，马约拉纳束缚态已成为拓扑量子计算研究的核心支柱之一。为开发能抵抗噪声、缺陷和环境波动的可靠量子计算机，多领域物理学家正研究这种特殊量子激发态。其价值在于可能构成拓扑量子比特的基础，这种量子计算架构具有更强的抗干扰能力。

巴西圣保罗大学物理研究所研究员波莉安娜·海菲格·彭蒂亚多解释：“传统量子平台将信息编码于局域自由度，导致其对微观缺陷极度敏感，相干性迅速丧失。而马约拉纳态系统通过非局域存储量子信息，将其分布至器件空间分离区域，并由系统整体拓扑特性保护，降低对局部细节的依赖，是实现稳定量子比特的理想候选。”

彭蒂亚多与正教授若泽·卡洛斯·埃格斯·德梅内泽斯、前博士生罗德里戈·阿布雷乌·杜拉多合作的研究成果被《物理评论B》选为“编辑推荐”。该研究探索了量子计算中马约拉纳态的创建与稳定方法。

埃格斯介绍：“我们研究了基塔耶夫链理论模型，该模型可通过量子点阵列与超导体耦合实现。在极短链（特别是双量子点系统）中，仅当系统参数精细调节时才能获得类马约拉纳态。研究发现随着量子点数量增加，原先孤立的稳定点会逐渐扩展为'拓扑岛'——马约拉纳态受保护的广域参数空间。”

当前学界正激烈辩论如何区分真实马约拉纳态与实验中产生相似信号的普通量子激发。本研究从俄罗斯物理学家阿列克谢·基塔耶夫2001年提出的理论模型出发，该模型证明：超导配对耦合的一维电子系统可进入拓扑相，此时电子费米子数学上分解为位于系统两端的两支空间分离的马约拉纳模。这对模形成的非局域量子态具有相对于基态的零能特性，为抗局域扰动的拓扑量子比特提供概念基础。

埃格斯指出：“短链系统（如双量子点）中，这些态仅出现于参数严格匹配的'甜点'。任何微小波动都会破坏零能特性，使实验观测失败。”研究团队通过增加量子点数量，发现随着链长增长，甜点从孤立点发展为连续参数区域。彭蒂亚多解释：“约20个量子点时，该区域成为真正的拓扑岛——马约拉纳态严格保持零能，稳定位于链端且抵抗参数随机涨落。这标志着系统从脆弱状态进入真正的拓扑保护状态。”

除理论表征外，研究还提出实验检测拓扑岛的具体方法：在链侧耦合连接金属触点的量子点（图1），测量系统电导（电流通过材料的难易程度，电阻的倒数）。当受保护的马约拉纳态存在时，电导呈现量子化值，在零电压附近形成平台，成为拓扑态的可靠电学特征。

研究还揭示电导与马约拉纳费米子交换统计（“编织”）直接相关：其平方算符γ?为?（不同于遵循泡利原理的普通费米子的零值，图2a）。凝聚态系统中的马约拉纳边缘态不遵循费米-狄拉克分布（图2b）。

埃格斯强调：“这项成果的精妙之处在于将简单电导测量与粒子基本属性（统计特性）相关联。量子化电导值就是马约拉纳模的指纹。”彭蒂亚多补充：“该领域长期存在争议——早期实验就发现近藤效应等也能产生类似信号。我们的工作为区分真实马约拉纳态作出实质贡献。”

尽管是理论研究，但采用的参数均来自最新实验数据，与国际拓扑量子比特研发直接接轨。微软等公司已在该领域投入巨资，期望马约拉纳态能实现更稳定的量子计算机。巴西团队的研究表明：无需完美控制参数，仅需增大系统尺寸即可观测稳健马约拉纳态——这已在现有实验平台能力范围内。

该研究由圣保罗研究基金会(FAPESP)通过常规项目资助支持，项目名称为“拓扑与非拓扑绝缘体电子系统中的舒布尼科夫-德哈斯振荡”，由埃格斯主持。