马约拉纳费米子的量子工程

手性超导体能够承载拓扑保护的马约拉纳零模，其已被提出作为拓扑量子计算的未来量子比特。近来引入的磁体—超导体混合（MSH）系统由沉积在传统 $s$ 波超导体表面的磁性吸附原子构成，代表了利用扫描隧穿显微技术创建、探测和操控马约拉纳模的一个有前景的候选体系。在此，我们给出四个示例，展示了利用原子操控技术改变体系形状或磁性结构，从而在纳米尺度 MSH 体系中工程化马约拉纳费米子的能力。这使得马约拉纳模可在一维与二维之间进行维度调控，可在实空间中识别体系的拓扑不变量——陈数，可沿磁畴边界创建任意长度与形状的手性马约拉纳模，以及可利用磁性斯格明子创建拓扑开关。这些马约拉纳费米子工程的示例均可由当前实验技术实现，并将为基于马约拉纳的量子器件的首批原型开辟新途径。