埃姆斯实验室 研究拓扑材料的科学家面临着一个挑战——如何建立和保持对这些独特量子行为的控制，从而使量子计算等应用成为可能
在这个实验中，艾姆斯实验室的科学家王继刚和他的同事证明了用光来控制狄拉克半金属中的量子态
学分:美国能源部，艾姆斯实验室 艾姆斯实验室、布鲁克海文国家实验室和阿拉巴马大学伯明翰分校的科学家在狄拉克半金属中发现了一种光诱导开关机制
该机制建立了一种新的方式来控制拓扑材料，由原子和电子的来回运动驱动，这将使拓扑晶体管和量子计算使用光波
就像今天的晶体管和光电二极管在半个多世纪前取代了真空管一样，科学家们正在寻找设计原理和新材料方面的类似飞跃，以实现量子计算能力
当前的计算能力在复杂性、功耗和速度方面面临巨大挑战；随着电子产品和芯片变得越来越热、越来越快，要超越物理极限，需要更大的进步
特别是在小规模情况下，这些问题已成为提高绩效的主要障碍
“光波拓扑工程试图通过驱动量子周期运动来引导电子和原子通过新的自由度，即
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艾姆斯实验室的高级科学家、爱荷华州立大学的物理学教授王继刚说:“这种方法可以在没有加热的情况下，以前所未有的太赫兹频率(每秒1万亿个周期的时钟频率)诱导跃迁
“这种新的相干控制原理与迄今为止使用的任何平衡调谐方法形成鲜明对比，例如电场、磁场和应变场，它们的速度慢得多，能量损失也高得多
" 新计算原理的大规模应用，如量子计算，需要建造保护脆弱的量子态不受其噪声环境影响的设备
一种方法是通过拓扑量子计算的发展，其中量子位基于不受噪声影响的“对称保护”准粒子
然而，研究这些拓扑材料的科学家面临着一个挑战——如何建立和保持对这些独特量子行为的控制，从而使量子计算等应用成为可能
在这个实验中，王和他的同事证明了通过使用光来控制狄拉克半金属中的量子态的控制，狄拉克半金属是一种奇异的材料，由于它接近广泛的拓扑相而表现出极大的灵敏度
“我们通过应用一种新的光量子控制原理来实现这一点，这种原理被称为模式选择性拉曼声子相干振荡——利用短光脉冲驱动原子围绕平衡位置的周期性运动，”伯明翰阿拉巴马大学物理学教授兼主席伊利亚斯·佩拉基斯说
“这些受驱动的量子涨落诱导了具有不同间隙和拓扑顺序的电子态之间的跃迁
" 这种动态切换的一个类比是周期性驱动的卡皮萨摆，当施加高频振动时，它可以转换到倒置但稳定的位置
研究人员的工作表明，这种经典的控制原理——将材料驱动到一种通常无法找到的新的稳定状态——令人惊讶地适用于广泛的拓扑相和量子相变
“我们的工作为光波拓扑电子学和由量子相干控制的相变开辟了一个新领域，”布鲁克海文国家实验室高级能源材料小组组长黎蔷说
“这将有助于开发未来的量子计算策略和高速低能耗的电子产品
" 光谱学和数据分析在艾姆斯实验室进行
伯明翰阿拉巴马大学进行了部分建模和分析
样品开发和磁输运测量是在布鲁克海文国家实验室进行的
密度泛函计算得到了拓扑半金属研究中心的支持，该中心是位于埃姆斯实验室的能源部前沿研究中心
该研究在由C
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王；发表在《物理评论十》上
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