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随着5G通讯、人工智能、大数据和云计算等现代科学技术的迅速发展，人们对计算能力的需求与日俱增。而经典计算机的发展潜力逐渐耗尽，计算能力接近其极限，亟需寻找数据容量更大、处理速度更快的新的信息载体。为了应对这些挑战，科学家们开始研究能否借助量子力学原理构造量子计算机，试图突破经典计算机发展的瓶颈。

量子计算机核心在于量子比特的构建与操纵，选择普适的量子比特载体十分关键^[1]。本世纪初，Kitaev^[2,3]提出利用马约拉纳零能模构造量子计算机。由马约拉纳零能模定义的量子比特可以抗局域噪声的干扰，具有长的退相干时间，在容错量子计算中具有潜在应用前景。半导体/超导体纳米线是研究马约拉纳零能模的理想实验平台^[4-6]，实验上已观察到马约拉纳零能模可能存在的实验证据，如量子化零偏压电导峰^[7]、分数约瑟夫森效应^[8]和电子隐形传态^[9]等。这些实验结果目前仍存在争议，期待随着理论研究的不断深入，以及半导体/超导体纳米线晶体质量和器件结构的不断优化，能够拨开重重迷雾，得到令人信服的马约拉纳零能模实验证据。

《物理学报》2021年第5期“特邀综述”栏目，邀请到中国科学院半导体研究所赵建华研究员课题组撰写文章“从高质量半导体/超导体纳米线到马约拉纳零能模”。该文章回顾了从半导体/超导体纳米线制备到马约拉纳零能模低温输运研究的发展历程，介绍了马约拉纳零能模的编织方案。该综述重点阐述了半导体/超导体纳米线的晶体质量及几何结构设计对马约拉纳零能模输运研究的重要性。特别地，近年发展起来的低温分子束外延技术在制备具有原子级平整的半导体/超导体异质结方面扮演了重要角色，极大地推进了马约拉纳零能模研究的发展。此外，该文章还介绍了二维立式半导体纳米材料，有望用于下一代新型量子器件。

图1 (a) 超细纯纤锌矿结构的InAs纳米线^[10]；(b) InAs纳米线网络^[11]；(c) 半导体/超导体纳米线隧穿电导测量的器件示意图；(d),(e) InAs/Al纳米线^[12]；(f) InSb纳米片^[13]；(g) 马约拉纳零能模网络^[14]

参考文献

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[14] Yang Z C, Iadecola T, Chamon C, Mudry C 2019 Phys. Rev. B 99 155138

赵建华，中国科学院半导体研究所研究员，博士生导师，中国科学院大学岗位教授。1985年和1988年吉林大学学士、硕士，1999年中国科学院物理研究所博士，1999—2002年中国科学院半导体研究所、日本东北大学博士后，2003年至今任半导体超晶格国家重点实验室研究员。长期从事自旋电子学和半导体低维量子体系研究。发表文章230余篇。获黄昆物理奖、国家技术发明二等奖。科技部重大研究计划项目首席科学家、国际纯粹与应用物理学联合会(IUPAP)磁学专业委员会委员、国际磁学与磁性材料顾问委员会(MMM Adcom)委员、中国科学院半导体研究所学术委员会副主任。