由西班牙國家研究委員會馬德里材料科學研究所與荷蘭代爾夫特理工大學組成的國際聯合研究團隊，在拓撲量子計算領域取得重要進展。他們首次利用一種被稱為“量子電容”的新技術，成功讀取基于馬約拉納模式的拓撲量子比特中的信息，向實現更穩定的量子計算邁出關鍵一步。相關成果發表于最新一期《自然》雜志。
量子計算的核心挑戰之一在于量子比特的穩定性。與超導、離子阱等技術路徑不同，拓撲量子比特常被形容為量子信息的“保險箱”。也就是說，其信息并非存儲在某一具體位置，而是以非局域方式分布在一對被稱為“馬約拉納零模”的特殊量子態中。這種分布式編碼使系統對局部噪聲具有天然魯棒性，因為只有影響整個系統的擾動才可能破壞信息。因此，拓撲量子比特被認為是實現容錯量子計算的重要方向。然而，這種優勢也帶來了實驗挑戰。如果信息不對應任何單一點位，科學家該如何對其進行讀取，一直是該領域的關鍵難題。
為解決這一問題，研究團隊構建了被稱為“最小Kitaev鏈”的模塊化納米結構。該結構通過超導體將兩個半導體量子點耦合起來，形成可控的拓撲體系。這種構建方式類似搭樂高積木，通過“自下而上”的設計避免了以往依賴復雜材料體系所帶來的不確定性，使馬約拉納模式能夠在可控條件下生成。
此次研究的關鍵突破在于“量子電容”探針的應用。該技術如同一種對整體狀態敏感的“全局傳感器”，能夠直接探測系統的整體量子態。實驗首次實現了對非局域量子態的實時單次讀取，可區分量子態的偶宇稱與奇宇稱，即判斷量子比特處于“滿態”還是“空態”。這一結果驗證了拓撲保護原理，即局域電荷測量對相關信息保持“盲視”，而全局測量則能夠清晰揭示系統狀態。
此外，研究團隊還觀測到“隨機宇稱躍遷”，并測得超過1毫秒的宇稱相干時間。這一指標被認為對未來基于馬約拉納模式的拓撲量子比特操作具有重要意義，為實現可讀取且穩定的拓撲量子比特提供了關鍵實驗依據。