巴塞尔大学
施加磁场使得电流沿纳米线的一个方向流动比沿相反方向流动更容易
学分:巴塞尔大学物理系 由拓扑绝缘体制成的非常细的导线可以实现高度稳定的量子位，这是未来量子计算机的组成部分
科学家们将拓扑绝缘体设备的新成果视为实现该技术潜力的重要一步
一个国际科学家小组已经证明，当由一种称为拓扑绝缘体的特殊材料制成时，比人的头发细100多倍的导线可以像量子单行道一样对电子起作用
这一发现为拓扑绝缘体制成的设备的新技术应用开辟了道路，并展示了在实现所谓的拓扑量子位的道路上迈出了重要的一步，据预测，拓扑量子位可以为量子计算机鲁棒地编码信息
为了达到这个结果，博士教授的团队
贾云馨·克里诺瓦亚教授和博士
巴塞尔大学的丹尼尔·洛斯与科隆大学的实验物理学家密切合作
安藤四一
他们的研究现已发表在《自然纳米技术》上
拓扑绝缘体是量子力学和拓扑的数学概念相结合产生导电表面和绝缘内部的材料
拓扑绝缘体是未来技术非常有前途的候选者，也是量子计算的潜在平台
研究人员能够证明，在正确的情况下，电流在一个方向上比在另一个方向上更容易流动，这一过程被称为整流
整流提供了广泛的应用，并构成了大多数无线技术的基础
例如，智能手机中的整流器现在由半导体二极管制成
然而，拓扑绝缘体纳米线中发现的电流整流效应是量子力学的结果，并且是非常可控的
通常，量子整流效应是由自旋轨道耦合引起的，这是量子力学和爱因斯坦相对论的结合
正如人们所料，这种奇怪的混合通常会导致微小的整流效应
“拓扑绝缘体纳米线的伟大之处在于，我们可以人工制造本质上相同的物理结构，但数量要大得多，”博士说
格奥尔格·亨利·莱格
巴塞尔大学恩德雷斯博士后，论文第一作者
“与其他材料相比，这将产生巨大的整流效应
这也是拓扑绝缘体在量子计算应用中如此令人兴奋的一个方面
" 超越欧姆定律 欧姆定律表明，流经设备的电流由设备两端的电压降和一个称为电阻的量决定
然而，当量子力学发挥作用时，欧姆定律有时需要修正
特别是，如果一种材料或设备在其所有空间属性都被镜像时看起来不一样——所谓的空间反转对称性被破坏——施加磁场意味着量子版本的欧姆定律允许电流在一个方向上比在另一个方向上更容易流动
电流整流的大小由每个方向上的电阻之差决定
拓扑绝缘体设备中可能的高度控制使研究小组能够实现与以前观察到的相比真正巨大的整流效应
鲁棒量子信息 量子计算机承诺了前所未有的计算能力，但非常容易受到外部环境的影响
针对量子信息单元(所谓的量子位)脆弱性的一种解决方案是拓扑量子位，据预测，这种量子位在外部环境的影响下会更加稳定
这种保护也是拓扑绝缘体性质的拓扑数学的结果
拓扑绝缘体长期以来被认为是拓扑量子计算机的基础
然而，对拓扑绝缘体装置的良好控制对于能够产生拓扑量子位是必不可少的
“我们的研究不仅发现了一个独特的非常大的量子效应，而且还表明我们对这些系统中正在发生的事情有了很好的理解
看起来拓扑绝缘体的所有关键特性都在制造拓扑量子位的道路上前进了
巴塞尔大学的贾云馨·克利诺瓦贾
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