日前，澳大利亚的一项合作研究了量子异常霍尔效应（QAHE）的基本理论。QAHE是凝聚态物理学中最引人入胜且最重要的发现之一。它是新兴“量子”材料功能的关键，这种材料为超低能耗电子产品提供了潜力。QAHE导致零电阻电流沿着材料的边缘流动。

    拓扑材料中的QHE：低能电子的关键  

拓扑绝缘体基于2016年诺贝尔物理学奖获得，它基于一种量子效应，即量子异常霍尔效应（QAHE）。

论文的主要作者穆罕默德·纳德姆（Muhammad Nadeem）解释说：“拓扑绝缘体仅沿其边缘导电，其中单向的'边缘路径'在没有散射的情况下传导电子，而散射不会引起常规材料的耗散和热量。”

QAHE是由1980年诺贝尔奖获得者Duncan Haldane教授（曼彻斯特）于1980年代首次提出的，但随后证明在实际材料中实现QAHE具有挑战性。磁掺杂拓扑绝缘体和无自旋间隙半导体是QAHE的两个最佳选择。

王小林解释说，这是技术人员非常感兴趣的领域。“他们有兴趣使用电阻的这种大幅度降低来显着降低电子设备的功耗。”

FLEET主任之一的合著者Michael Fuhrer教授（莫纳什大学）说：“我们希望这项研究能阐明量子异常霍尔材料的基本理论观点。”

    研究  

理论上的合作研究集中在以下两种机制上：

自旋轨道耦合大（电子运动与其自旋之间的相互作用）

强本征磁化（铁磁性）

该研究得到了澳大利亚研究委员会（卓越中心和未来研究金项目）的支持。

微软量子材料实验室和哥本哈根大学的研究人员紧密合作，成功实现了重要的，有希望的材料，可用于未来的量子计算机。为此，研究人员必须创造出能够容纳微妙量子信息并防止其退相干的材料。

所谓的拓扑状态似乎信守了这一诺言，但是挑战之一是必须施加大磁场。使用新材料，无需磁场即可实现拓扑状态。“结果是实现真正的量子计算机之前需要进行的许多新开发之一，但是一路走来，更好地了解量子系统的工作方式，并可能将其应用于药物，催化剂或材料，这将成为一些积极的副作用。这项研究。” Charles Marcus教授解释说。该科学文章现已发表在《自然物理学》上

    拓扑状态是有前途的，但在此过程中仍面临许多挑战  

在过去的十年中，凝聚态系统中的拓扑状态引起了极大的兴奋和活跃，其中包括2016年诺贝尔物理学奖。所谓的Majorana零模式具有自然的容错能力，这使得拓扑状态非常适合量子计算。但是，由于需要大磁场来感应拓扑相，因此阻碍了实现Majorol零模拓扑的进展，这是有代价的：系统必须在大磁体的孔中运行，并且每个拓扑段都必须精确沿视场方向对齐。

新的结果报告了拓扑超导性的关键特征，但是现在没有施加磁场。材料铕硫化物的薄层（EUS），其内部磁与纳米线的轴线自然对准，并诱导有效的磁场在超导体和（除了地球磁场强超过10000倍）的半导体元件出现，足以诱发拓扑超导相。

查尔斯·马库斯（Charles Marcus）教授以这种方式解释了这一进展：“将三种成分组合成单晶-半导体，超导体，铁磁绝缘体-三重混合体-是新的。好消息是它在低温下形成拓扑超导体。这给了我们这是制造用于拓扑量子计算的组件的新途径，并为物理学家提供了新的探索物理系统。”

    新结果将很快应用于工程量子比特  

下一步将是应用这些结果，以便更接近实现实际的工作量子位。到目前为止，研究人员一直在从事物理学方面的工作，现在他们将着手设计实际的设备。量子比特这种设备本质上是量子计算机，而晶体管对于我们今天所知的普通计算机则是。它是执行计算的单位，但这是比较结束的地方。量子计算机具有巨大的性能潜力，以至于今天我们甚至无法真正想象到这种可能性。

    如何使用量子计算机：我们仍然不知道  

去年，Google大声宣称“量子优势”，或者-如果您感到激进的话，那就是“量子至上”。这是一个有争议的观点。但是，无论您是对术语还是对Google的看法有什么看法，毫无疑问，量子计算机已经走了很长一段路。人们只需要回到一年左右的时间，那时相当受尊敬的专业杂志上的认真文章说，量子计算机永远不会碰巧看到我们的巨大进步。

现在真正的问题是：（1）我们能多快地使量子机器达到可以做有用的事情的程度；（2）这些有用的东西可能是什么？

    成功的技术决定因素  

我们不知道这些问题的答案。但是，作为通往这些答案之途的站，我们建议在（a）中长期中占主导地位的是哪种类型的量子计算技术？（b）商业量子计算机的Qubit处理能力有多快？（b）在很大程度上取决于（a）。

迄今为止，有很多不同的方法来构建Qubit。下面的展览包含一些主要方法以及一些使用这些方法的公司的列表。我们强烈怀疑，从现在起的十年后，该清单将更短，甚至可能有所不同。如果好的室温机器证明了自己，那么超导机器将会消失。市场不太可能真的需要许多不同种类的技术-一两种（也许一种）将成为最终用户的首选技术。

资料来源：Inside Quantum Technology

Qubit容量将以多快的速度增长：流行的量子技术类型将帮助成型，并进  而受到所选核心技术的影响。但最后，底层技术的重要性与产生的结果无关紧要。这些结果在很大程度上取决于Qubit的数量以及错误率。为量子计算机编写实际的软件和算法是一个相对较新的领域–还有很多工作要做。但是，可以肯定的是，要实现量子计算机的承诺，需要比现有的顶级机器中提供的50-60个更多的Qubits。

几家不同的公司就其目标和路线图发表了声明，从这些声明来看，量子计算机将在4至5年内变得有用似乎是合理的。值得注意的是，在游戏发展的最初阶段，关于此类事情的公司声明通常很夸张，应加少许盐。我们怀疑，在未来几年中，不同供应商做出的非常不同的预测将在未来几年中进行多次修订。

资料来源：Inside Quantum Technology

相反，由于量子计算机仍处于新生状态，因此肯定也有改变游戏规则的新突破的空间。最终，Inside Quantum Technology期望摩尔比特定律的类似版本最终会出现在量子比特上，但可能不像摩尔定律那样严格。随着数百或数千个量子位的出现，所谓的NISQ（噪声中级量子）技术将变得可用。