这个简单的磁控妙招可能永久改变量子计算领域

在原子尺度上，物理定律与我们日常宏观世界中的定律截然不同。在该尺度下，粒子遵循量子物理定律，这意味着它们可以同时存在于多种状态，这意味着它们可以同时存在于多种状态，并以经典物理学中不可能实现的方式相互影响。这些奇特而强大的现象是量子计算和量子计算机的关键所在，它们有望解决当今任何传统超级计算机都无法处理的难题。

但在量子计算真正造福社会之前，物理学家需要解决一个重大挑战。量子比特作为量子计算机的基本单元极其脆弱。温度、磁场甚至微观振动的微小变化都会导致量子比特失去其量子态——从而丧失可靠执行复杂计算的能力。

为解决此问题，近年来研究人员开始探索创造新型材料的可能性，这些材料能通过其基本结构——拓扑结构——提供更好的抗干扰和抗噪声保护。通过量子比特所用材料结构产生并维持的量子态被称为拓扑激发态，其稳定性和鲁棒性显著优于其他量子态。然而，寻找天然支持此类稳健量子态的材料仍是当前面临的挑战。

新型材料可抵御外界干扰

如今，由查尔姆斯理工大学、阿尔托大学和赫尔辛基大学组成的研究团队开发出一种用于量子比特的新型量子材料，该材料展现出稳健的拓扑激发态。这一突破性进展通过将稳定性直接构建于材料设计中，为实现实用拓扑量子计算迈出了重要一步。

查尔姆斯理工大学应用量子物理学博士后研究员、发表于《物理评论快报》的该研究第一作者陈光泽（Guangze Chen）表示："这是一种全新类型的奇异量子材料，能在外部干扰下保持其量子特性。它有助于开发足够稳健的量子计算机，以实际执行量子计算任务。"

'奇异量子材料'是多种具有极端量子特性的新型固体材料的统称。寻找具有特殊稳健特性的此类材料一直是个长期挑战。

磁性是新策略的关键

传统上，研究人员遵循基于自旋轨道耦合的成熟"配方"——这种量子相互作用将电子自旋与其绕原子核的运动轨道关联起来，从而产生拓扑激发态。然而，这种"成分"相对罕见，因此该方法仅适用于有限种类的材料。

本材料。

本研究中，研究团队提出了一种全新方法，利用磁性（一种更常见且易获取的成分）实现同等效果。通过调控磁相互作用，研究人员成功构建出拓扑量子计算所需的稳健拓扑激发态。

陈光泽解释道："我们方法的优势在于磁性天然存在于众多材料中。这好比用日常食材烘焙，而非依赖稀有香料。这意味着我们现在可以在更广泛的材料谱系中探索拓扑特性，包括那些曾被忽视的材料。"

为下一代量子计算平台>为下一代量子计算平台铺路

为加速发现具有实用拓扑特性的新材料，研究团队还开发了新型计算工具。该工具可直接计算材料展现拓扑行为的强度。

陈光泽表示："我们希望该方法能助力发现更多奇异材料。最终，这将催生基于天然抗干扰材料的下一代量子计算平台，从根本上解决当前系统受扰动的难题。"