一个稳定量子计算平台的一个游乐场

不同能量的电子模拟散射像嘧啶钐中的原子缺陷。通过观察这种波，研究人员测量了电子的能量和动量，以发现拓扑状态的讲述签名。

搬到戈祖拉与金孔 - 这是你等待的交叉活动。好吧，至少如果你是一个凝聚态的物理学家。哈佛大学的研究人员已经证明了第一材料，可以具有强烈相关的电子相互作用和拓扑特性。没有完全确定这意味着什么？别担心，我们会走过它。所有你现在需要了解的是，这一发现不仅为更稳定的量子计算铺平了道路，而且是一个完全新的平台，探索异国情调物理的狂野世界。

该研究发表于自然物理学。

让我们从基础开始。拓扑绝缘体是可以在其表面或边缘进行电，但不在中间的材料。这些材料的奇怪事情是，无论你如何剪切它们，表面都将始终导通，中间始终绝缘。这些材料为基础物理提供了一个游乐场，但也有希望在特殊类型的电子和量子计算中具有许多应用。

自拓扑绝缘体发现以来，世界各地的研究人员一直在努力识别这些强大的物业的材料。

“最近凝聚物物理学的热潮来自发现具有拓扑保护的物业的材料，”物理系和纸张第一作者的研究生哈里斯皮里说。

一种潜在的材料，纯己酰亚硼化物，一直处于浓缩物理学家之间的激烈辩论的中心，超过十年。核心问题：它是不是拓扑绝缘体？

“在过去的十年中，一群论文出来说是的，一堆论文出来了说不，”这是普利的说道。““问题的关键是大多数拓扑材料没有强烈相互作用的电子，这意味着电子太快移动了彼此。但纯族族杂草素确实如此，这意味着这种材料内的电子足够减慢以强烈互动。在这个领域中，该理论相当投机，并不清楚是否可以对具有强烈相互作用的材料进行拓扑的材料。作为实验主义者，我们一直在很大程度上与这样的材料盲目。“

为了解决辩论和P脱离，一劳永逸，是否可以拥有强烈的互动和拓扑特性，研究人员首先需要找到一个有序的钐族杂草表面，在其上进行实验。

考虑到大多数材料表面是一种崎岖，无序的混乱，这并不容易。研究人员使用了Jenny Hoffman的实验室中开发了超高精度测量工具，据本文统计学和高级作者教授，找到了一种合适的原子级钐族杂草状斑块。

接下来，该团队列出了确定材料是否通过将电子通过材料发出并散射原子缺陷的原子缺陷来确定材料是拓扑上绝缘的 - 就像将鹅卵石滴入池塘。通过观察波浪，研究人员可以与其能量相关的电子势头。

“我们发现电子的动力与其能量成正比，这是拓扑绝缘体的吸烟枪，”Pirie说。“最终进入互动物理和拓扑物理学的交叉来说真的很令人兴奋。我们不知道我们会在这里找到什么。“

与量子计算有关时，强烈相互作用的拓扑材料可能能够保护Qubits忘记它们的量子状态，是一种称为变形的过程。

“如果我们可以在拓扑保护状态中编码量子信息，那么它的外部噪声易于意外地切换量子位的易感性，”霍夫曼说。“微软已经拥有一个追求复合材料和纳米结构的拓扑量子计算的大型团队。我们的工作在单一拓扑材料中展示了一个拓扑材料，该材料利用了最终用于拓扑量子计算的强电子相互作用。“

“下一步将是使用拓扑保护量子态的组合和对工程师新的Quantum态的强烈相互作用，例如拓扑超导体，”伊利诺伊大学芝加哥和高级理论家的伊利诺伊大学物理学教授说本文。“他们的非凡的财产可以为实施拓扑量子位开辟前所未有的可能性。”

参考：“拓扑kondo绝缘人的成像突出的重度泥鳅”由Harris Pirie，Yu Liu，Anjan Soumyanarayanan，Pengcheng Chen，Yang He，MM Yee，PFS Rosa，JD Thompson，Dae-jeong Kim，Z.Seish，Xiangfeng Wang，Johnpierre Paglione，Dirk K. Morr，MH Hamidian和Jennifer E. Hoffman，2019年11月11日，Nature Physics.doi：
10.1038 / s41567-019-0700-8

本研究由宇刘，彭城陈，阳河，杨鹤，杨河，米·伊恩，第5届罗莎，J.D.Thompson，大济原，Z.Se-Hamidian和M. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H. H.H. Hamidian。

国家科学基金会支持UC Irvine的电子测量和UC Irvine的钐己酰胺晶体生长。马里兰州大学的晶体增长得到了戈登和贝蒂摩尔基金会的支持。伊利诺伊大学洛斯阿拉莫斯国家实验室和理论工作的磁力测量得到了能源部的支持。