稳定量子计算的平台奇异物理的游乐场

超越哥斯拉vs.金刚-这是您一直在等待的跨界活动。好吧，至少如果您是凝聚态物理学家。哈佛大学的研究人员证明了首个既具有强相关电子相互作用又具有拓扑特性的材料。不确定是什么意思?不用担心，我们将逐步引导您。您现在需要知道的是，这一发现不仅为更稳定的量子计算铺平了道路，而且还是探索奇异物理学野生世界的全新平台。

该研究发表在《自然物理学》上。

让我们从基础开始。拓扑绝缘体是可以在其表面或边缘而非中间导电的材料。这些材料的奇怪之处在于，无论您如何切割它们，表面始终可以导电，中间始终可以绝缘。这些材料为基础物理学提供了场所，但也有望在特殊类型的电子学和量子计算中得到许多应用。

自从发现拓扑绝缘子以来，世界各地的研究人员一直在努力寻找具有这些强大特性的材料。

物理学系研究生，论文的第一作者哈里斯·皮里说：“凝聚态物理最近的繁荣来自发现具有拓扑保护特性的材料。”

十多年来，一种潜在的物质六硼化sa一直是凝聚态物理学家之间激烈辩论的中心。中心问题：它是拓扑绝缘体还是非拓扑绝缘体?

皮里说：“在过去的十年中，一堆文件说是，一堆文件说了不。” “问题的症结在于，大多数拓扑材料没有强烈相互作用的电子，这意味着电子移动得太快而无法彼此感应。但是六硼化does却具有这种作用，这意味着该材料中的电子放慢了足够的速度，以至于无法强烈相互作用。从理论上讲，该理论具有相当大的推测性，目前尚不清楚具有强相互作用特性的材料是否也可能具有拓扑性。作为实验主义者，我们基本上对这种材料视而不见。”

为了解决辩论并一劳永逸地弄清是否可能同时具有强相互作用和拓扑特性，研究人员首先需要找到一个排列整齐的六硼化sa表面进行实验。

考虑到大部分材料表面都是崎ggy不整的杂乱，这并非易事。研究人员使用了Clowes科学教授，该论文的资深作者Jenny Hoffman实验室开发的超高精度测量工具，找到了合适的原子级六硼化patch补丁。

接下来，研究小组着手确定电子是否在拓扑上是绝缘的，方法是使电子通过电子波，并通过原子缺陷将它们散射开，例如将小卵石丢入池塘中。通过观察波，研究人员可以找出电子相对于其能量的动量。

皮瑞说：“我们发现电子的动量与它们的能量成正比，这是拓扑绝缘子的发烟枪。” “终于进入相互作用的物理学和拓扑物理学的交集，真是令人兴奋。我们不知道在这里会发现什么。”

与量子计算有关，强烈相互作用的拓扑材料可能能够保护量子位，使其不会忘记其量子状态，这一过程称为退相干。

霍夫曼说：“如果我们可以在拓扑受保护的状态下对量子信息进行编码，那么它就不会受到可能意外切换量子位的外部噪声的影响。” “微软已经拥有一支庞大的团队，致力于复合材料和纳米结构中的拓扑量子计算。我们的工作证明了单一拓扑材料中的第一款产品，该材料利用了强大的电子相互作用，最终可以用于拓扑量子计算。”

芝加哥伊利诺伊大学物理学教授和物理学系的高级理论家迪克•莫尔(Dirk Morr)说：“下一步将是利用受拓扑保护的量子态与强相互作用的结合来设计物质的新型量子态，例如拓扑超导体。纸。“它们的非凡特性可以为实现拓扑量子位开辟前所未有的可能性。”

这项研究是由刘宇，Anjan Soumyanarayanan，Pengcheng Chen，Yang He，MM Yee，PFS Rosa，JD Thompson，Dae-Jeong Kim，Z.Fisk，Wangfeng Feng，Johnpierre Paglione和MH Hamidian合着的。

美国国家科学基金会支持哈佛大学的电子测量和加州大学欧文分校的六硼化sa晶体生长。马里兰大学的晶体生长得到了Gordon&Betty Moore基金会的支持。能源部支持Los Alamos国家实验室的磁测量和伊利诺伊大学的理论工作。

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