在量子微观世界，电子聚集在一起表现出有趣的行为。日常生活中见到的磁性是其中一种常见的宏观现象，而超导现象则很少见。有趣的是，这两种行为通常是对立的，所以其中一种行为的存在往往会破坏另一种行为。但如果这两种相反的量子态被人为干涉同时存在，就会出现出一种被称为“拓扑超导体”的奇特状态，这对试图制造拓扑量子比特的研究人员来说是令人兴奋的发现。

作为未来量子计算机的潜在技术体系之一，拓扑量子比特有很多独特的优势。特别是拓扑量子比特对会干扰测量的环境噪声不是很敏感，这让它非常具有吸引力。但如何设计和控制拓扑量子比特仍然是一个关键问题，因为难以找到能够容纳这些状态的材料（例如拓扑超导体）。

为了解决在自然材料中很难找到拓扑超导体的问题，物理学家通过组合常用材料来开发具有这些状态的新材料。研制有磁性和超导性的拓扑超导体通常需要结合各不相同的材料，且需要能够微调这种新材料的磁性和超导性以证明其可以同时具有磁性和超导性。在寻找这种材料时，也有研究人员转向石墨烯领域去寻找。

石墨烯（单层碳原子）是一种高度可控且通用的材料，它已被认为是量子技术领域关键的材料之一。尽管长期以来的实验证明了磁性和超导性可以同时存在，但是石墨烯中磁性和超导性如何实现共存还是难以捉摸，这个问题是将石墨烯运用在人工拓扑超导体的关键障碍。

在最近的一项突破性实验研究中，来自西班牙UAM、法国CNRS和葡萄牙INL的研究人员组成的团队，在阿尔托大学Jose Lado教授的理论支持下，实现了石墨烯迈向拓扑量子比特的第一步。该团队证明，单层石墨烯可通过测量相互作用的独特量子激发态来实现同时具有磁性和超导性，这一研究发现是通过将石墨烯中晶畴的磁性与沉积的岛状结构金属膜的超导性相结合而实现的。

Jose Lado教授说：“该实验表明，磁性和超导性这两种关键的量子现象可以同时存在于石墨烯中，可以将石墨烯作为承载拓扑超导性的材料。尽管在当前实验中我们还没有观察到拓扑超导性，但在此实验的基础上，我们有可能开辟出一条通向基于碳的拓扑量子比特技术新途径。”

研究人员通过在晶粒边界附近沉积传统的超导体岛来在石墨烯中诱导出超导性，从而在石墨烯中自然形成接缝，这些接缝的磁性与材料的其余部分略有不同。超导性和晶界磁性被证明会产生Yu-Shiba-Rusinov态，只有当磁性和超导性共存时才能存在于材料中。研究小组在实验中观察到的现象与Lado教授研究的理论模型相吻合，表明研究人员可以在其设计的混合系统中完全控制量子现象。

在石墨烯中演示Yu-Shiba-Rusinov态是发展基于石墨烯的拓扑量子位的第一步。特别是通过仔细控制Yu-Shiba-Rusinov状态，可以创建拓扑超导状态和Majorana状态。基于Majorana态的拓扑量子位可以极大地克服用石墨烯制作量子比特遇到的障碍，因为通过利用这些非常规状态特性可以用来保护量子信息。出现这些状态要求能对系统进行细致的参数控制。该实验被视为一次里程碑式的工作，有希望以此为基础打开通往碳基拓扑量子计算机的颠覆之路。（编译/ RobotNet）