计算机芯片能在1.58维中实现零能量损失吗？

如果我们能找到一种使电流流动而不损失能量的方法呢？一种很有前途的方法是使用拓扑绝缘体。已知它们存在于一维（金属丝）、二维（薄片）和三维（立方体）中；所有这些都在电子设备中具有不同的可能应用

乌得勒支大学的理论物理学家和上海交通大学的实验学家发现，拓扑绝缘体也可能存在于1.58维，这些绝缘体可以用于节能信息处理。他们的研究发表在《自然物理学》上

经典比特是计算机运算的单位，基于电流：电子运行意味着1，没有电子运行意味意味着0。通过0和1的组合，可以构建你日常生活中使用的所有设备，从手机到电脑。然而，在运行过程中，这些电子会遇到材料中的缺陷和杂质，并失去能量。当你的设备变热时，就会发生这种情况：能量会转化为热量，因此你的电池消耗得更快

一种新的物质状态拓扑绝缘体是一种特殊材料，可以在没有能量损失的情况下使电流流动。它们是在1980年才被发现的，它们的发现被授予了诺贝尔奖。它揭示了一种新的物质状态：在内部，拓扑绝缘体是绝缘的，而在它们的边界，有电流在流动

这使得它们非常适合应用于量子技术，并可以极大地减少世界能源消耗。只有一个问题：这些特性是在非常强的磁场和非常低的温度下发现的，大约在零下270摄氏度，这使得它们不适合在日常生活中使用

在过去几十年中，在克服这些限制方面取得了重大进展。2017年，研究人员发现，在没有磁场的情况下，二维单原子厚的铋层在室温下显示出所有正确的特性。这一进步使拓扑绝缘体在电子设备中的应用更接近现实

在QuMAT联盟中，乌得勒支大学的理论物理学家和上海交通大学的研究人员现在已经表明，许多没有能量损失的状态可能存在于一维和二维之间。例如，尺寸为1.58

可能很难想象1.58个维度，但这个想法比你想象的更熟悉。这种尺寸可以在分形结构中找到，比如你的肺、大脑中的神经元网络或罗马花椰菜。它们是以与正常对象不同的方式缩放的结构，称为“自相似结构”：如果放大，你会一次又一次地看到相同的结构

两全其美

通过在半导体（锑化铟）上生长一种化学元素（铋），中国科学家获得了在不同生长条件下自发形成的分形结构。乌得勒支的科学家随后从理论上证明，从这些结构中，零维角模和无损的一维边缘态出现了

乌得勒支大学的理论研究负责人Cristiane Morais-Smith说：“通过在维度之间观察，我们发现了两个世界中最好的。”

“分形在有限能量下表现得像二维拓扑绝缘体，同时在零能量下表现出一种可以用作量子位的状态，量子位是量子计算机的构建块。因此，这一发现为人们渴望已久的量子位开辟了新的途径。”

直觉

有趣的是，这个发现是直觉的结果。Morais-Smith说：“当我参观上海交通大学时，看到这个团队制作的建筑，我非常兴奋。”

“我的直觉告诉我，这些结构应该表现出所有正确的特性。”然后她回到乌得勒支，与对计算非常感兴趣的学生讨论了这个问题。理论团队与硕士生Robert Canyellas、她的前博士候选人Rodrigo Arouca（现就读于乌普萨拉大学）和现任博士候选人Lumen Eek一起，成功地解释了实验并证实了新的性质

在后续研究中，中国的实验小组将尝试在分形结构的顶部生长超导体。这些分形有许多洞，并且有无损电流在其中许多周围流动。这些可以用于信息的节能处理

Morais-Smith表示，这些结构的角部也表现出零能量模式，从而结合了一维和二维世界中最好的

她说：“如果这能奏效，它可能会揭示隐藏在1.58维度的更多意想不到的秘密。”。“分形的拓扑特征确实显示了进入未知维度的丰富性。”