量子计算机迈向实际应用的主要瓶颈ღ✿★✿，就是量子比特极其“娇气”ღ✿★✿，哪怕是微小的温度变化ღ✿★✿、磁场扰动或振动ღ✿★✿，都会导致量子比特失去其量子态ღ✿★✿，造成信息丢失ღ✿★✿，从而影响计算的可靠性ღ✿★✿。一个可能的解决方法是利用拓扑保护ღ✿★✿，但实际材料中拓扑材料相对稀有穿书肤滑娇软糯女配ღ✿★✿。
如今ღ✿★✿，一位年轻的中国学者发现解决问题的突破口ღ✿★✿。他们的研究团队放弃苦寻天然稀有材料的旧路ღ✿★✿，另辟蹊径ღ✿★✿，利用磁性为脆弱的量子比特穿上“防护甲”ღ✿★✿，使其免受环境干扰ღ✿★✿，从而成功设计出一种新型量子材料ღ✿★✿。这一创新方法有望显著提高量子计算机的稳定性ღ✿★✿。
今年3月ღ✿★✿，瑞典查尔姆斯理工大学玛丽·居里博士后陈光泽ღ✿★✿，联合芬兰阿尔托大学和赫尔辛基大学ღ✿★✿，共同宣布一项突破性研究成果ღ✿★✿：通过利用磁性保护量子态免受环境干扰的影响ღ✿★✿，他们成功设计了一种新型量子材料ღ✿★✿。这一创新方法有望显著提高量子计算机的稳定性ღ✿★✿，为更实用ღ✿★✿、更抗干扰的量子计算平台铺平道路ღ✿★✿。
量子计算机的核心计算单位——量子比特ღ✿★✿，由于具备叠加和纠缠等独特的量子现象ღ✿★✿，有望处理传统超级计算机无法解决的特定复杂问题MGM美高梅ღ✿★✿。然而ღ✿★✿，这些量子比特极其“娇气”ღ✿★✿，哪怕是微小的温度变化ღ✿★✿、磁场扰动或振动都会导致量子比特失去其量子态ღ✿★✿，造成信息丢失ღ✿★✿，从而影响计算的可靠性穿书肤滑娇软糯女配ღ✿★✿。这一问题成为量子计算机迈向实际应用的主要瓶颈MGM美高梅ღ✿★✿。
近年来ღ✿★✿，科学家尝试通过拓扑结构保护量子态的稳定性ღ✿★✿。这些通过材料结构自发维持的量子态被称为拓扑激发ღ✿★✿，它们能够显著提升量子比特的抗干扰能力ღ✿★✿。然而ღ✿★✿，找到天然支持稳定拓扑量子态的材料一直是科学界的一大挑战ღ✿★✿。
SOC 是一种量子效应ღ✿★✿，它将电子的自旋与其围绕原子核的轨道运动联系起来ღ✿★✿，在重元素中尤为显著ღ✿★✿。对于近藤体系ღ✿★✿，SOC 不仅影响了 f 电子的能级结构ღ✿★✿，还在与导带电子杂化时诱导能带反转并打开拓扑非平庸能隙ღ✿★✿，从而在能带结构中实现拓扑保护的表面态ღ✿★✿。正因为 SOC 的作用至关重要ღ✿★✿，自然界中像 SmB₆ 这样同时具备强关联效应与强 SOC 的 f 电子材料极为稀少ღ✿★✿，这也严重限制了拓扑近藤绝缘体的探索范围ღ✿★✿。
在此背景下全息调频ღ✿★✿。ღ✿★✿，研究团队提出了一种基于一维人工近藤晶格的新方案ღ✿★✿，通过多体近藤物理（量子磁性的集体效应）驱动拓扑激发的产生ღ✿★✿，摆脱了对强自旋轨道耦合的依赖ღ✿★✿。陈光泽表示ღ✿★✿，“我们的研究首次在理论上证明了多体近藤相互作用可以独立驱动拓扑零模的出现ღ✿★✿，这为拓扑材料的设计开辟了新的途径ღ✿★✿。相较于传统基于稀缺‘自旋-轨道耦合’的研究路径ღ✿★✿，磁性更为常见美高梅(MGM)官方网站ღ✿★✿。ღ✿★✿，这为量子计算机平台的材料选择打开了新天地ღ✿★✿。”
陈光泽团队的研究ღ✿★✿，就像在原子世界里搭出了一套“量子磁积木”ღ✿★✿：用电子和磁矩的“集体协作”ღ✿★✿，代替了稀有的材料特性ღ✿★✿，造出了能稳定导电的拓扑零模ღ✿★✿。把拓扑相的“驱动力”从“材料自身的特殊属性”（强自旋轨道耦合）ღ✿★✿，转向“人工调控的多体相互作用”ღ✿★✿，相当于让拓扑材料的研发从“靠找稀有材料”变成“靠设计相互作用”美高梅国际娱乐app下载安装ღ✿★✿，ღ✿★✿。2025年3月18日ღ✿★✿，这项研究成果发表于《物理评论快报》ღ✿★✿。不去找稀有材料ღ✿★✿，去造一维近藤晶格
拓扑近藤绝缘体是凝聚态物理的“明星材料”ღ✿★✿，它的物理机制奇特穿书肤滑娇软糯女配ღ✿★✿，主要建立在两大基石上——近藤效应和拓扑绝缘体ღ✿★✿。
近藤效应是金属里的一种奇特低温现象ღ✿★✿。想象在铜这样的金属里加进一个带磁性的杂质原子（比如锰）美高梅网址ღ✿★✿！ღ✿★✿，它就像一颗“小磁针”ღ✿★✿，会影响周围电子的运动ღ✿★✿。高温时MGM美高梅ღ✿★✿，电子动得快ღ✿★✿，杂质的磁性只会稍微增加散射ღ✿★✿，电阻仍然随温度降低而下降ღ✿★✿。但在低温下ღ✿★✿，电子的量子效应显现出来ღ✿★✿：很多电子自旋会协同作用ღ✿★✿，把这颗“小磁针”逐渐“包裹”并屏蔽掉ღ✿★✿。结果就是ღ✿★✿，电阻不再一直下降ღ✿★✿，而是在某个温度附近出现一个“谷底”ღ✿★✿，这就是近藤效应最直观的实验信号ღ✿★✿。
绝缘体的核心特点ღ✿★✿，就是自由电子极少ღ✿★✿，或者电子被能量墙困住——这道墙叫“禁带”ღ✿★✿。与普通绝缘体不同ღ✿★✿，拓扑绝缘体的体内电子被“禁带”困住ღ✿★✿，无法自由移动ღ✿★✿，所以绝缘ღ✿★✿；但在表面却存在一层特殊的“拓扑保护电子态”——这些态都受拓扑性质保护ღ✿★✿，不容易被杂质或缺陷破坏ღ✿★✿，因此能稳定地传导电子ღ✿★✿。
拓扑近藤绝缘体是上述两种效应的“双剑合璧”ღ✿★✿：体内绝缘源自近藤杂化打开的能隙ღ✿★✿，而表面导电态则由拓扑保护赋予ღ✿★✿。这两种效应并非简单相加ღ✿★✿，而是相互依存ღ✿★✿、协同作用——近藤效应提供绝缘体基态ღ✿★✿，SOC 驱动能带反转并产生拓扑表面态ღ✿★✿。这让拓扑近藤绝缘体既区别于普通近藤绝缘体（无表面导电态）ღ✿★✿，也区别于普通拓扑绝缘体（表面态不依赖近藤效应）——它是多体相互作用（近藤效应）驱动的拓扑材料穿书肤滑娇软糯女配ღ✿★✿。
“拓扑近藤绝缘体可以通过“近藤效应 + SOC 诱导的拓扑”来构造ღ✿★✿。那么ღ✿★✿，如果能够直接利用近藤体系自身的磁性来诱导拓扑ღ✿★✿，而不是依赖额外的 SOCღ✿★✿，这岂不是更为理想？”陈光泽自问道ღ✿★✿。他博士期间在芬兰阿尔托大学研究二维材料中的新奇物态ღ✿★✿，包括量子自旋液体ღ✿★✿、重费米子等ღ✿★✿；博士后期间ღ✿★✿，他到了瑞典查尔姆斯理工大学ღ✿★✿，转向更前沿的开放量子系统和量子模拟ღ✿★✿。经过博士期间的学习ღ✿★✿，他觉得磁性在电子相互作用中非常重要ღ✿★✿，所以在研究量子开放系统的时候ღ✿★✿，他考虑到了磁性原子ღ✿★✿。
通过利用磁相互作用（由红色和蓝色箭头表示）来创建具有强大量子特性的材料的新策略ღ✿★✿。绿色的小球体代表电子可以驻留并沿链移动的位点ღ✿★✿。特殊的磁性原子（带箭头的紫色球体）在某些位置与电子相互作用ღ✿★✿，如蓝色云所示ღ✿★✿。 图源ღ✿★✿：论文
于是ღ✿★✿，陈光泽决定不去找稀有材料MGM美高梅ღ✿★✿，而是自己动手造一个“一维人工近藤晶格”——原子级小链条MGM美高梅ღ✿★✿。要让电子形成“边缘通道”ღ✿★✿，首先得限制电子的运动方向ღ✿★✿。这在以往的研究中有不少方法ღ✿★✿，比如可以利用两个镜像对称的二维材料的边界（“孪晶界”）来实现一条“细长的跑道”ღ✿★✿，让电子只能沿着这条“跑道”移动（这就是“一维电子气”）ღ✿★✿；有了“跑道”ღ✿★✿，下一步就是让电子和磁矩发生“协作”ღ✿★✿。团队设想进一步在这条“跑道”上精确布置磁性原子（如钴ღ✿★✿、铁）ღ✿★✿，使其充当“近藤自旋位点”ღ✿★✿，与通道电子产生近藤效应ღ✿★✿。鉴于扫描隧道显微镜（STM）操控单原子的技术已经成熟ღ✿★✿，这一方案在实验上具备实现的可能性ღ✿★✿。
就这样ღ✿★✿，一个“人工近藤晶格”就搭好了ღ✿★✿：电子在“跑道”上跑ღ✿★✿，遇到磁性原子就发生“屏蔽协作”ღ✿★✿，形成了独特的量子态ღ✿★✿。
当团队用“张量网络”（一种能精确计算原子量子行为的数学工具）模拟这个晶格时ღ✿★✿，发现了一个“反常识现象”ღ✿★✿：当电子和磁性原子的协作强度足够大时ღ✿★✿，在晶格的两端边缘ღ✿★✿，出现了一种“零能量电子态”——“拓扑零模”ღ✿★✿。
当体系无穷大时ღ✿★✿，这些拓扑零模的能量被严格钉扎在零点ღ✿★✿，不随体系参数的微小变化而改变ღ✿★✿；当体系有限大时ღ✿★✿，它们的能量仍稳定地分布在零点附近ღ✿★✿。
进一步地ღ✿★✿，即使研究人员在晶格中引入“杂质”（例如改变某些位点的能量ღ✿★✿，或打乱电子的跃迁规律）ღ✿★✿，这些端点零模依然稳定存在ღ✿★✿，不会被消除或移出零能量ღ✿★✿。这正是拓扑保护的标志ღ✿★✿：零模对局部扰动不敏感ღ✿★✿，因而具有稳固性ღ✿★✿。
近藤晶格是典型的“强关联多体系统”（电子ღ✿★✿、自旋相互作用复杂ღ✿★✿，类似一堆缠绕的线团）ღ✿★✿，直接分析其拓扑本质非常困难ღ✿★✿。传统研究要么回避多体效应ღ✿★✿，要么只能做近似计算ღ✿★✿，难以说清“拓扑零模到底从哪来”ღ✿★✿。物理理解
为了搞懂零模的起源穿书肤滑娇软糯女配ღ✿★✿，团队做了一个“理论翻译”——把复杂的近藤晶格ღ✿★✿，转换成两个更简单的模型ღ✿★✿，一下就把问题厘清了ღ✿★✿。
“这是当时最困扰我们思路的一环ღ✿★✿，计算结果显示是拓扑零模ღ✿★✿，我们需要去找理论支撑ღ✿★✿，证明结论是对的MGM美高梅ღ✿★✿。学界关于单体拓扑态的研究是比较透彻的ღ✿★✿，我们就寻思着做一个转化ღ✿★✿。”陈光泽提及研究过程中遇到的困难穿书肤滑娇软糯女配ღ✿★✿，“我们搞理论物理的ღ✿★✿，必须回到理论中找答案ღ✿★✿。”
在“近藤晶格”里ღ✿★✿，磁性原子（磁矩）与传导电子的相互作用极其复杂ღ✿★✿，难以直接求解ღ✿★✿。理论上常用的一种方法穿书肤滑娇软糯女配ღ✿★✿，是把磁矩表示为一种叫“赝费米子”的粒子（可以直观地理解为“带磁性的电子”）ღ✿★✿。这样一来ღ✿★✿，原本复杂的电子–磁矩相互作用就变成了电子–赝费米子的相互作用ღ✿★✿。进一步在平均场近似下ღ✿★✿，可以得到一个类似周期性安德森模型的有效理论ღ✿★✿：当赝费米子之间的排斥足够强时ღ✿★✿，这个模型的物理表现与近藤晶格一致MGM美高梅ღ✿★✿。换句话说ღ✿★✿，就像用“带磁的小球”来近似“小磁铁”ღ✿★✿，虽然处理方式改变了ღ✿★✿，但平均场下得到的效应与原始体系相符ღ✿★✿。
平均场的引入使得直观的物理理解成为可能ღ✿★✿。进一步地ღ✿★✿，团队借助“戴森方程”（一种处理粒子相互作用的工具）ღ✿★✿，从周期性安德森模型得到一个性质明确的非厄米有效模型ღ✿★✿。这个模型揭示了关键ღ✿★✿：当电子和赝费米子的耦合强度足够大时ღ✿★✿，体系的电子结构会进入拓扑非平庸相ღ✿★✿。简单说ღ✿★✿，就是电子的运动轨迹形成了“特殊的闭环”ღ✿★✿，这种拓扑属性保证了在边界上会出现受保护的零能量模ღ✿★✿。多体拓扑不变量的计算
光观察到零模还不够ღ✿★✿，得证明它是货真价实的拓扑态ღ✿★✿，不是偶然出现的ღ✿★✿。可问题在于ღ✿★✿：在多体体系里ღ✿★✿，要严格定义和计算拓扑不变量一直是难题ღ✿★✿。传统拓扑指标大多依赖单粒子能带ღ✿★✿，可在强关联系统中ღ✿★✿，能带图像早就模糊不清了ღ✿★✿。过去研究只能借助谱函数里的零能信号来“间接猜测”拓扑属性ღ✿★✿，但这种方法既不精确美高梅官网ღ✿★✿，ღ✿★✿，也缺乏说服力——就好比看到一只动物有翅膀ღ✿★✿，就推断它是鸟ღ✿★✿，却拿不出正式的“物种鉴定证书”（拓扑不变量）ღ✿★✿。
团队提出的“关联矩阵泵浦法”解决了这个瓶颈ღ✿★✿。它首次在强关联近藤体系中ღ✿★✿，直接计算出了量子化的多体拓扑不变量（几何相Φ = ±π）ღ✿★✿。真正的突破在于ღ✿★✿，他们严格证明了ღ✿★✿：某些多体拓扑性质完全可以由单粒子关联矩阵来刻画ღ✿★✿。换句话说ღ✿★✿，本来需要在庞大的多体希尔伯特空间里定义的不变量ღ✿★✿，现在等价于在一个低维矩阵上就能算出来ღ✿★✿。
更妙的是ღ✿★✿，这个关联矩阵的大小只是和体系规模线性相关ღ✿★✿，而不是指数爆炸ღ✿★✿。于是ღ✿★✿，即使用相对简单的计算方法（对角化）也能轻松得到拓扑不变量ღ✿★✿。利用这一方法ღ✿★✿，团队清楚地证明ღ✿★✿：近藤晶格里的边界零模确实是货真价实的拓扑态ღ✿★✿，终于为它盖上了一枚“拓扑身份证”ღ✿★✿。从理论研究走向器件应用
这篇文章于2024年10月2日投稿ღ✿★✿，2025年2月21日收到录用通知ღ✿★✿，3月18日正式见刊美高梅官网首页ღ✿★✿。ღ✿★✿。整个投稿审稿流程非常顺利ღ✿★✿，审稿人称这个想法非常新颖ღ✿★✿，因为它通过将磁性杂质耦合到一维晶格的特定部分ღ✿★✿，提供了一种构筑拓扑体系的新途径ღ✿★✿。
拓扑零模要想用于器件（如量子比特）ღ✿★✿，必须满足在实际环境中稳定——但传统研究中的零模往往“脆弱”ღ✿★✿：要么一遇到“材料杂质”（无序）就消失ღ✿★✿，要么一有“能量损耗”（如局域粒子寿命有限）就破坏ღ✿★✿，很难落地应用ღ✿★✿。
那这篇论文中提到的拓扑零模稳定性如何呢？研究人员通过实验参数模拟ღ✿★✿，证明了该拓扑零模不仅在理论上稳定ღ✿★✿，还能在“有杂质ღ✿★✿、有损耗”的实际环境中稳定存在——这是从理论研究走向器件应用的关键一步美高梅澳门娱乐平台下载ღ✿★✿，ღ✿★✿，为后续设计抗干扰的拓扑量子器件（如基于零模的量子存储单元）提供了理论基础ღ✿★✿。团队计划进一步探索这一新型拓扑系统在量子计算和量子信息领域的潜在应用ღ✿★✿，并与实验物理学家合作ღ✿★✿，通过扫描隧道显微镜等技术在范德华材料中实现人工近藤晶格ღ✿★✿，验证理论预测穿书肤滑娇软糯女配ღ✿★✿。
陈光泽的求学和研究之路ღ✿★✿，如果从本科算起ღ✿★✿，经过硕ღ✿★✿、博ღ✿★✿，再到博后研究ღ✿★✿，前后辗转了中国-瑞士-芬兰-瑞典四个国家ღ✿★✿。等博后出站后ღ✿★✿，他更愿意找机会回国发展ღ✿★✿。脸上仍带有几分稚气的陈光泽说ღ✿★✿：“我是一个在路上的青年人ღ✿★✿。”
陈光泽简介ღ✿★✿：陈光泽1997年出生于四川ღ✿★✿。2013年考入中国科学技术大学少年班ღ✿★✿，2017年取得物理学学士学位ღ✿★✿。2017年前往瑞士苏黎世联邦理工攻读硕士学位ღ✿★✿，2019年前往芬兰阿尔托大学攻读博士学位ღ✿★✿，师从o教授ღ✿★✿。其研究与二维材料实验紧密结合ღ✿★✿，研究特色在于将多体物理ღ✿★✿、拓扑结构与计算方法深度融合ღ✿★✿，探索人工量子材料中的新型激发态及其操控机制ღ✿★✿。2023年至今ღ✿★✿，在瑞典查尔姆斯理工大学担任玛丽·居里博士后研究员ღ✿★✿，研究方向涵盖拓扑量子物态美高梅游戏官网ღ✿★✿，ღ✿★✿、强关联电子系统ღ✿★✿、非厄米量子物理以及开放量子系统的多体动力学ღ✿★✿。
