可惜，拓扑量子计算机用的可不一定是天使粒子，而是就宇宙这个原始的拓扑空间，直接形成的类似宇宙早期演化生成各类元素的方式，一步一步由单一拓扑空间，迁移至另外一个拓扑空间，可能需要用到一种新的拓扑关系。即由传统拓扑学中有关亏格定义，该为由量子能级来定义。即亏格不是重点，能级才是重点，类似于桌子可以放鱼，渔网也可以装鱼。

具有类碳纳米管状拓扑边界态的结构声管为了让一片石墨烯无缝地卷成一个管，在此过程中需要重叠底层晶格的两个六边形。连接两个六边形中心的手性向量决定了管状布局的几何对称性，即管状拓扑结构。这就意味着，单壁碳纳米管(SWCNT)的金属相或半导体相主要取决于手性指数。与此同时，对石墨烯纳米带的形状、大小和手性的精确控制，使得探索物质的拓扑相变得更容易，从而获得其他系统无法获得的对称保护电子态。自从拓扑量子工程到达经典波物理领域以来，过多的奇异的拓扑相位出现在鲁棒和无反射的声音、光和振动的范围内。除了早期克服Chern绝缘体或自旋谷（赝自旋）自由度的经典类似比，新的研究也集中在高阶拓扑绝缘体以及非厄密性和拓扑的结合上。基于高度灵活的方法来设计基于波的拓扑结构，这一前沿预计将继续繁荣，并从当代凝聚态物理中扩展出来，就像在模拟SWCNT中解开拓扑声音的不可想象的情况一样。近日，南京大学的程营教授、刘晓峻教授课题组及西班牙马德里卡洛斯三世大学Johan Christense教授课题组证明了拓扑非平庸相可以在一个结构管中设计，尽管晶格对称保持不变。这与声学中众所周知的拓扑相形成鲜明对比，这些拓扑相是通过破时间反转、镜像或反演对称提出的，这需要额外的设计复杂性和制造挑战。相关工作发表在《Nature Communications》上。文章链接：网页链接

微软今天公布了自己的量子超级计算机建设路线图，该公司的研究人员已经研发了多年的拓扑量子比特技术。虽然还有许多中间的里程碑要达到，但微软高级量子开发副总裁Krysta Svore表示，该公司相信在不到10年的时间内就可以使用这些量子比特来建造一台量子超级计算机，这台计算机将能够每秒执行一百万次可靠的量子操作。这是一个新的衡量标准，因为整个行业都旨在超越目前的嘈杂的中尺度量子(NISQ)计算时代。拓扑量子比特是微软研究人员长期以来一直在研究的领域，该技术有望创建一个可靠的、可扩展的量子计算机，可以解决当前中尺度量子计算机在误差纠正等方面的局限性。微软表示，他们将在未来的几年内持续进行研究，以实现构建稳定的拓扑量子计算机的目标。微软的这一举措引发了业界的广泛关注，因为量子计算机被认为是未来计算的重要方向之一，可以解决目前计算机所无法解决的许多问题。不过需要注意的是，目前的技术还需要进一步的发展和完善，在实际应用中仍面临许多问题和挑战。

填补拓扑绝缘体纳米材料与摩擦电纳米发电机之间的空白可靠的能源模块和更高灵敏度、更高密度、更低功率的传感系统是可穿戴电子产品和物联网技术不断发展的要求。摩擦电纳米发电机作为一项新兴技术，有可能引领可持续动力单元和节能传感器的发展。然而，现有的摩擦电传感系列主要由聚合物和橡胶组成，由于其表面电子结构的刚性，在一定程度上限制了摩擦电传感的可塑性。近日，来自国立中兴大学材料科学与工程学系、物理系和南加州大学谢明电子与计算机工程系的Mengjiao Li等人为了丰富现有的摩擦电基团，利用开尔文探针力显微镜研究了拓扑绝缘体纳米膜的摩擦电特性，揭示了其相对积极的带电充电性能。较大的表面电位差和纳米膜的导电表面状态协同改良了所选摩擦电介质之间的电荷转移行为，使基于拓扑绝缘体的摩擦电纳米发电机表现出了可观的输出性能。除了作为可穿戴电源外，该超紧凑设备阵列还展示了创新的系统级传感能力，包括动态物体的精确监测和人机界面的实时信号控制。这项工作填补了拓扑量子物质和摩擦电纳米发电机之间的空白，更重要的是，开发了拓扑绝缘体纳米膜在自供电柔性/可穿戴电子技术和可扩展传感技术中的巨大潜力。相关研究工作发表在《Nature Communications》上。文章链接：Mengjiao Li et al. Filling the gap between topological insulator nanomaterials and triboelectric nanogenerators. Nature Communications (2022) 13:938网页链接

对宇宙热力学的波相奇点和量子效应的拓扑性质研究的意义对弗里德曼罗伯逊沃克宇宙热力学的波相奇点，和量子效应的拓扑性质的研究是物理学领域的一个重要研究领域，波相奇点的拓扑性质是指波在空间中的行为方式，以及它们如何与其他物理现象相互作用。同时，弗里德曼罗伯逊沃克宇宙热力学的量子效应涉及对粒子行为的研究和量子力学对宇宙热力学性质的影响。波相位奇点是空间中波的相位未定义或无穷大的点。当两个或更多的波相互作用并产生一个波的相位不确定的点时，这些奇点就会出现。这些奇点的性质在光学领域已经得到了广泛的研究，它们被称为光学涡旋。波相位奇点重要的性质之一是它们的拓扑电荷。奇点的拓扑电荷是奇点周围波前扭曲方式的量度。用数学术语来说，拓扑电荷就是围绕奇点的闭环的缠绕数。拓扑电荷是一个重要的属性，因为它在波传播过程中是守恒的，这意味着它可以用于跟踪波随时间的行为。波相位奇点的另一个重要性质是它们的极化。波的极化是指波在空间传播时产生的电场方向。波的偏振可以是圆形的，也可以是线性的，当波与其他物理现象相互作用时，这一特性会影响波的行为。波相奇点也显示出自组织特性。这意味着它们可以在没有任何外部输入的情况下将自己组织成模式和结构。例如，当多个波被引入一个系统时，它们可以相互作用并形成多种模式，包括涡环和链，以及更复杂的结构如晶格和网络。弗里德曼·罗伯逊·沃克宇宙热力学的量子效应研究，涉及到对早期宇宙中粒子行为的探索，以及量子力学对宇宙热力学性质的影响。这一研究领域的关键发现之一是量子力学在宇宙形成中的作用，早期宇宙中的量子波动导致了微小扰动的形成，终形成了我们今天观察到的大尺度结构。这些波动也影响了宇宙中物质的分布，并帮助创造了我们今天看到的宇宙的大规模结构。这个研究领域的另一个重要发现是热力学和重力之间的关系。热力学定律规定一个封闭系统的总熵不能随时间减少，而引力定律规定物质和能量不能被创造或毁灭。这两个定律不一定是不相容的，但它们确实表明，宇宙的总熵应该随着时间的推移而增加。这导致了黑洞热力学等理论的发展，这些理论认为黑洞可能是宇宙中终的熵汇。量子力学在黑洞的热力学行为中也扮演了一个角色。根据热力学定律，黑洞的熵与其表面积成正比。导致它们的熵随时间而减少，热力学定律和量子力学定律之间的这种明显矛盾仍然是物理领域中积极研究和争论的领域。弗里德曼罗伯逊沃克宇宙热力学量子效应的另一个重要方面是对量子引力的研究。量子引力是一个研究领域，旨在协调量子力学和广义相对论的原则，广义相对论描述了大规模的引力行为。这一研究领域的主要挑战之一是，量子力学和广义相对论的原理在小的尺度上似乎是不兼容的，例如在黑洞的事件视界附近发现的那些。这个问题的一个解决方案是环圈量子引力理论。这个理论认为时空是由微小的空间和时间回路组成的，而不是像经典物理学中那样是连续的。该理论还表明，宇宙的基本组成部分不是粒子，而是被称为自旋网络的时空环。虽然环圈量子引力仍然是一个活跃的研究和辩论领域，但它有可能为在量子水平上理解物质和能量的行为提供一个框架。对弗里德曼罗伯逊沃克宇宙热力学的波相奇点和量子效应的拓扑性质的研究是物理学领域的一个重要研究领域。波相奇点表现出各种有趣的性质，包括它们的拓扑电荷、极化和自组织行为。理解这些性质对于光学和其他领域的各种应用是重要的。弗里德曼·罗伯逊·沃克宇宙热力学的量子效应涉及对早期宇宙中粒子行为的研究，以及量子力学对宇宙热力学性质的影响。这一研究领域的发现对我们理解宇宙的形成和结构，以及量子引力和黑洞热力学新理论的发展具有重要意义。总体而言，对弗里德曼罗伯逊沃克宇宙热力学的波相奇点和量子效应的拓扑性质的研究是一个复杂而具有挑战性的研究领域，但它有可能为一些关于宇宙本质的基本问题提供见解。随着我们对这些物理领域的理解不断发展，我们可以期待在基本的层面上获得对物质和能量行为的新见解。

研究透视：Science综述-拓扑超导体 | 马约拉纳零模在过去的十年里，已经有相当多的努力，观察新型量子材料和器件中的非阿贝尔准粒子。这些努力的动机是为了证明费米子和玻色子之外的准粒子量子统计，并为创造拓扑保护的量子比特建立基础科学。今日，美国 普林斯顿大学（Princeton University）Ali Yazdani，德国 柏林自由大学（Freie Universität Berlin）Felix von Oppen，哈佛大学（Harvard University）Bertrand I. Halperin，Amir Yacoby，在Science上发表综述文章，致力于创造拥有马约拉纳零模的拓扑超导相。同时考虑了从现有实验工作中，吸取的经验教训，既推动了对现有平台的改进，也推动了对新方法的探索。尽管非阿贝尔准粒子的实验探测，仍然具有挑战性，但迄今为止，所获得的知识和未来的机会，为这一令人兴奋的量子物理领域的发现和进步，提供了巨大的潜力。图1.研究基础理论。图2.模型系统。图3.马约拉纳零模Majorana zero modes，MZM搜索的实验平台。图4.基于马约拉纳的拓扑量子比特。图5.未来的方向。马约拉纳准粒子Majorana quasiparticles的决定性发现，将使拓扑量子计算的潜力，更接近现实。在初的提议中，通过实验观察马约拉纳的“配方recipe”看似简单。在其间的几年里，现实世界比模型预测的要复杂得多，马约拉纳仍然难以捉摸。该项综述，系统回顾对这一个复杂论题，不断增长的理解，并推测未来有希望的方向。实验上确定非阿贝尔任意子的存在是有价值的目标之一，这不仅是从基础物理学的角度来看，也是因其潜在应用。如果马约拉纳发现的声明，是基于实验测试，而这些实验测试大大超出了零偏压电导峰zero-bias peaks 等指标（小注：马约拉纳零能模的一个主要实验证据是隧穿电导谱中量子化的零偏压电导峰。），那么未来的进展，将会加速，而零偏压电导峰多只能表明与马约拉纳解释的一致性。同样重要的是，这些发现建立，在对潜在物质系统的深刻理解之上。有可能的是，现有平台的进一步材料改进和新材料平台的探索，都将是获得马约拉纳MZM可靠证据的重要途径。一旦实现了这一点，就有希望探索、并利用非阿贝尔任意子的迷人物理，如拓扑保护的基态流形和非阿贝尔统计。文献链接网页链接DOI: 10.1126/science.ade0850本文译自Science。

宾夕法尼亚州立大学帕克分校Nat. Mater.: 外延拓扑绝缘体/石墨烯/镓异质结中近邻诱导的超导2023年2月13日，Nat. Mater.在线发表了宾夕法尼亚州立大学帕克分校Zhu Jun课题组的研究论文，题目为《Proximity-induced superconductivity in epitaxial topological insulator/graphene/gallium heterostructures》。在拓扑绝缘体的狄拉克表面态中引入超导，可以形成拓扑超导体，它可以通过马约拉纳零模支持拓扑量子计算。可扩展材料平台的开发是实现拓扑量子计算的关键。在此研究中，作者报道了高质量(Bi,Sb)2Te3/石墨烯/镓异质结的生长和性质。合成方法使得在两个异质界面上形成清晰的原子层，这反过来促进了起源于镓薄膜中近邻诱导的超导性。作者开发了一种无光刻的范德华隧道结来进行传输隧道光谱。研究发现在5-10层(Bi,Sb)2Te3/石墨烯/镓异质结中的狄拉克表面态中形成了一个鲁棒的、近邻诱导的超导能隙。存在一个单独的Abrikosov涡旋，其中马约拉纳预计存在，表现为离散的电导变化。目前的材料平台为理解和利用拓扑超导的应用潜力提供了机会。图1 BST/Gr/Ga异质结的外延生长及隧道结器件的制备图2 BST/Gr/Ga异质结中Dirac表面态与超导的共存图3 BST/Gr/Ga异质结中近邻诱导的超导图4 隧道传导中涡流捕获和单涡流特征的证据【论文链接】Li, C., Zhao, YF., Vera, A. et al. Proximity-induced superconductivity in epitaxial topological insulator/graphene/gallium heterostructures. Nat. Mater., 2023. 网页链接

拓扑边界态是什么？以及拓扑边界态的拓扑缺陷效应研究领域是什么？近年来，拓扑物理学在凝聚态物理领域中崭露头角。拓扑边界态作为拓扑物理学的重要研究方向，被认为是一种具有特殊性质的边界模式。在实际系统中，拓扑边界态往往会受到拓扑缺陷的影响，这些缺陷可能来自材料的不性质、外部扰动或系统尺寸等。我们将简要介绍拓扑边界态的基本理论。我们将回顾拓扑物理学的基础知识，包括拓扑不变量和拓扑相变等。我们将详细介绍拓扑边界态的产生机制和特性，以及与其他边界模式的对比。后，我们将介绍拓扑缺陷对拓扑边界态的影响，并简要讨论其可能的物理机制。我们将讨论拓扑缺陷效应在理论研究中的进展。我们将介绍拓扑缺陷的分类和性质，例如点缺陷、线缺陷和面缺陷等。我们将阐述拓扑缺陷对拓扑边界态的影响，包括能级结构的变化、传输特性的改变以及拓扑保护的破坏等。评估和描述拓扑缺陷对拓扑边界态的影响。我们将介绍一些常用的理论模型，如格点模型、紧束缚模型和拓扑场论等，用于描述拓扑边界态和拓扑缺陷的行为。我们还将介绍一些计算方法，如数值计算和解析计算方法，用于模拟和分析拓扑缺陷效应。这些方法对于理解拓扑缺陷效应的本质和预测实际系统中的行为具有重要意义。我们将综述拓扑缺陷效应的实验研究进展。我们将介绍一些实验技术和方法，如扫描隧道显微术、角分辨光电子能谱和磁性测量等，用于探测和表征拓扑边界态和拓扑缺陷。我们将讨论一些具体的实验系统，如拓扑绝缘体、拓扑超导体和拓扑半金属等，研究其中的拓扑缺陷效应。拓扑缺陷效应在实验中的表现。能谱演化是研究拓扑缺陷效应的重要实验手段之一。通过扫描隧道显微术或角分辨光电子能谱等技术，可以观测到拓扑边界态能级在存在缺陷时的演化行为。这些能谱演化可能表现为能级的移动、出现新的能级或能级的混合等，从而揭示了拓扑缺陷对能带结构的影响。电导变化是研究拓扑缺陷效应的另一个重要实验观测指标。通过测量样品的电导率，可以发现拓扑边界态在存在缺陷时的传输特性发生变化。拓扑缺陷可能引入散射中心，导致传输路径的改变或散射率的增加，从而影响电导率的测量结果。通过比较缺陷样品和无缺陷样品的电导率差异，可以揭示拓扑缺陷对电子传输的影响。自旋极化也是研究拓扑缺陷效应的重要实验现象。在一些具有自旋-轨道耦合的拓扑材料中，拓扑缺陷可以引起自旋极化的变化。通过磁性测量等技术，可以观测到拓扑缺陷对自旋极化的影响，进而揭示拓扑边界态的自旋特性以及与拓扑缺陷之间的相互作用。未来的研究可以着重于开发新的方法和技术，以实现对拓扑缺陷的精确控制和调控。通过调控缺陷的类型、形状、位置和数量等参数，可以实现对拓扑边界态的定制设计，进一步优化其性质和应用。一项重要的研究方向是开发能够修复拓扑缺陷的方法和机制。通过引入外部场、应变或其他方式，可以尝试修复或减轻拓扑缺陷的影响，以恢复拓扑边界态的完整性和稳定性。拓扑边界态与拓扑缺陷之间的相互作用仍然是一个值得深入研究的领域。未来的工作可以探索拓扑边界态和缺陷之间的相互作用机制，以及它们对体系性质和响应的影响。这将有助于更好地理解拓扑缺陷效应的本质，并为设计新型拓扑量子器件提供指导。目前大部分研究集中在二维系统和纳米尺度上，但随着技术的不断发展，可以将研究拓扑边界态的范围扩展到更高维度的体系和更大尺度的系统中。这将使我们能够更全面地了解拓扑缺陷效应的特性，并探索其在更广泛领域中的应用潜力。拓扑边界态的拓扑缺陷效应具有潜在的应用价值。未来的研究可以探索如何利用拓扑缺陷来实现更高效的能量转换、信息传输和量子计算等领域。通过深入理解和控制拓扑缺陷效应，我们可以开发出更具性能优势的拓扑材料和器件。#拓扑量子简介#