量子计算使用量子现象来执行计算。Majorana费米子存在于称为拓扑超导体的特殊超导体的边界处，其内部具有超导间隙并且在其边界处具有Majorana费米子。Majorana费米子是量子物理学中最受欢迎的物质之一，因为它们是它们自己的反粒子，它们可以将电子的量子态分成两半，并且它们遵循与电子相比的不同统计。虽然许多人声称已经发现了它们，但科学家们还是无法证实其奇异的量子性质。

UCR-MIT团队通过开发基于黄金的新异质结构材料系统克服了挑战，该系统可能用于证明Majorana费米子的存在和量子性质。异质结构材料由截然不同的材料层组成，与其各个层相比，它们一起显示出完全不同的功能。

“找到一个自然是拓扑超导体的物质系统是非常不重要的，”物理和天文学助理教授，凝聚态物质实验主义者彭伟说，他与Jagadeesh 共同领导了这项研究，出现在物理评论快报中。麻省理工学院的Moodera和Patrick Lee。“材料需要满足几个严格条件才能成为拓扑超导体。”

Majorana费米子被认为是电子的一半，预计会在拓扑超导体纳米线的末端发现。有趣的是，两个Majorana费米子可以相互结合构成一个电子，允许电子的量子态非局部存储 - 这是容错量子计算的一个优势。

2012年，由Lee领导的麻省理工学院理论家预测，在严格的条件下，黄金的异质结构可以成为拓扑超导体。UCR-MIT团队完成的实验已经实现了黄金异质结构的所有必要条件。

“实现这种异质结构是非常苛刻的，因为需要首先解决几个物质物理挑战，”来自麻省理工学院2016年回到校园的UCR校友Wei说。

Wei解释说，研究论文显示超导，磁性和电子的自旋 - 轨道耦合可以在金中共存 - 这是一个难以满足的挑战 - 并通过异质结构与其他材料手动混合。

“超导性和磁性通常不会在同一种材料中共存，”他说。

他补充说，黄金不是超导体，其表面也没有电子态。

“我们的论文首次表明，超导能够被带到表面的黄金状态，需要新的物理学，”他说。“我们证明，有可能使金的表面状态成为超导体，这在以前从未显示过。”

研究论文还表明，可以调整金表面态的超导电子密度。

“这对未来操纵Majorana费米子很重要，这是更好的量子计算所必需的，”魏说。“此外，黄金的表面状态是一个自然可扩展的二维系统，这意味着它可以建造Majorana费米子电路。”

除了Wei，Moodera和Lee之外，研究团队还包括麻省理工学院的Sujit Manna和Marius Eich。