具有任意隨機結構的拓撲材料——也許會使量子計算成為可能

拓撲隨機性或許是無損電子工程和量子計算機製造具體細節的答案。超導體和絕緣體結構的完全隨機性可降低原始晶體的排列要求，並使其更易應用於實際工業生產。

來源：Teemu Ojanen

在超導表面上隨機噴洒的磁性原子（圖中紅色箭頭所示）可能會產生拓撲超導相。插圖：拓撲相的開始階段是通過包圍系統的所謂馬拉約納邊緣模式的出現進行表示。

拓撲隨機性可能是無損電子工程和量子計算機製造具體細節的答案。超導體和絕緣體結構中的完全隨機性可能降低原始晶體排列的要求—並使其更易應用於工業生產。

具有極不穩定電學特性的量子材料設計在物理學領域充滿了爭議。芬蘭阿爾託大學的研究人員現在通過開發出一種呈現拓撲超導性的無定形材料，介紹了關於這一爭議的重大轉折。此前，這些材料需要高度規則的結構以滿足所需的電氣性能。

這些發現發表於雜誌《Nature Communications》上，使該領域更接近於實際應用。拓撲超導體和絕緣體被認為是量子計算機無損組件的可能構建模塊。正如研究中所證明的那樣，雖然拓撲超導體可能不存在於自然界，但它們卻可被人為製造出來。

「我們提出了一種在非晶系統中利用隨機組分製備拓撲材料的方法。」博士生Kim Poyhonen解釋說道：「這意味我們可通過在超導體表面完全隨機地噴洒磁性原子，來實現材料超導性。而不是在高度定義和裝飾的晶格中進行。」

最近拓撲超導體的熱門，主要源於一種非傳統的量子級現象，即許多單個粒子的集體運動，稱為馬約拉納費米子激發態。它們被認為是拓撲量子計算機的關鍵組成部分。

研究小組負責人Docent Teemu Ojanen表示：「將高度不規則的隨機系統作為拓撲超導體使用，可能會使其裝配和製造相比於現有方法更為方便快捷。」

也許就目前而言，隨機量子材料的影響僅限於基礎研究，但這種情況可能並非如此。

對此，Ojanen說道：「為找到實際應用的拓撲量子材料，我們必須尋找更多的非晶拓撲材料的替代者。」

原文題目為Designer materials with completely random structures might enable quantum computing，由材料科技在線匯總整理。

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