由超导拓扑表面态实现的拓扑超导体与容错量子计算

二维（2D）手性 $p$ 波超导体/超流体是实现拓扑量子计算最简单且最稳健的系统。自然界中此类拓扑超导体/超流体的候选者极为稀少。一个被广泛相信的手性 $p$ 波超流体是 $\nu=\frac{5}2$ 分数量子霍尔效应中的Moore-Read态，尽管实验证据尚不确凿。利用量子反常霍尔绝缘体-超导体混合结构实验实现手性 $p$ 波超导体存在争议。本文报道一种在具有拓扑能带结构并支持超导拓扑表面态（SC-TSS）的3D $s$ 波超导体（如铁基超导体Fe(Te,Se)）表面实现2D手性 $p$ 波超导体的新机制。我们发现，薄膜中顶、底表面SC-TSS之间或两个此类超导体相对表面之间的隧穿与配对，可产生涌现的2D时间反演对称性破缺手性拓扑超导体。具有Majorana零模的拓扑保护任意子涡旋以及手性Majorana费米子边缘模可用作更具优势的非阿贝尔编织操作平台。我们提出一种由六个手性Majorana费米子边缘模构成CNOT门的新颖器件，为容错通用量子计算铺平道路。