長久以來，量子運算面臨的一大關鍵障礙，莫過於儲存與處理資訊的量子位元（qubit）極其脆弱。任何微小的溫度變化、磁場波動，甚至細微的震動，都能破壞它們，使其失去量子態，如今來自瑞典與芬蘭的科學家發現了一種可運用磁性來保護脆弱量子位元的新方法，徹底解決長久以來量子運算的最大關鍵弱點。
為了解決此一弱點，科學家嘗試透過特殊材料的底層結構（亦稱之為拓撲）來保護量子位元不受干擾。當量子態因特定材料中的拓撲特性而得以維持時，這種現象被稱為「拓撲激發」（topological excitation）。雖然這樣的狀態能天生地對雜訊更具抵抗力，但要找出能支援它們的材料卻極其困難。
實用拓撲量子運算大進展！研究團隊開發出能展現強烈拓撲激發的量子材料
來自查爾姆斯理工大學Chalmers University of Technology）、阿爾托大學（Aalto University）與赫爾辛基大學（University of Helsinki）的研究團隊，如今已為量子位元創造出一種能展現強烈拓撲激發的量子材料。透過將穩定性直接嵌入到材料本身的設計之中，無異代表了實用拓撲量子運算的重大進展。
查爾姆斯大學應用量子物理博士後研究員、該研究第一作者Guangze Chen表示，這是一種全新的奇異量子材料，它在受到外界干擾時仍能維持量子特性。但是尋找具有這種特殊抗性特質的材料，一直是一項艱鉅的挑戰。
以磁性取代自旋軌道耦合，自此可在更廣泛材料中找到拓撲激發特性
研究人員傳統上一直遵循一個已被廣泛採用並基於自旋軌道耦合（spin-orbit coupling）效應的「配方」，該效應是一種量子交互作用，將電子的自旋與其繞行原子核的軌道運動相連結，以產生拓撲激發。然而，這種「成分」相對稀少，因此該方法只能用在數量有限的材料上。
如今，研究團隊提出了一種全新的方法，使用更常見、也更易取得的「磁性」來達到相同的效果。透過磁性交互作用的運用，研究人員得以設計出拓撲量子運算所需的強健拓撲激發。
Guangze Chen表示，該方法的一大優勢在於，磁性在許多材料中天然存在。這意味著現在可以在更廣泛的材料範圍中尋找拓撲特性，包括那些過去被忽視的材料。
研究團隊還開發了一種新的計算工具，以便直接計算某種材料所展現拓撲行為的強度，進而加速發現更多具備有用拓撲特性的新材料，最終促成次世代量子電腦平台的出現。
（首圖來源：pixabay）
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