量子動物園大驚奇！科學家發現「免磁場」的拓撲量子態

哥倫比亞大學研究團隊在扭曲的二碲化鉬晶體中，發現了一系列前所未見的量子態，這些神秘狀態可能為拓撲量子電腦的發展鋪路。這項突破性研究發表於《自然》期刊，不僅擴充套件了我們對量子世界的認知，更克服了該領域長期以來需要外部磁場的技術障礙。

量子物質能呈現多種奇特狀態，科學家常將這個豐富的領域比喻為「量子動物園」。過去數十年，許多量子態僅存在於理論計算中，如今研究團隊運用高靈敏光學技術，成功觀測到十多種新型量子態，其中部分狀態甚至從未被預測過。

研究主持人、哥大奈米科學教授朱曉陽表示：「我們不僅發現新狀態，數量之多也超出預期。」特別值得注意的是，這些狀態可能成為開發拓撲量子電腦的關鍵。與現有易受磁場幹擾的超導量子電腦不同，拓撲量子電腦理論上具有更強的穩定性與容錯能力。

朱教授團隊的突破在於發現這些量子態無需外部磁場即可存在。這些狀態自然形成於扭曲的二碲化鉬材料中，其獨特的內部特性足以支援拓撲行為。部分新發現的量子態可能與霍爾效應有關，特別是1988年諾貝爾物理學獎得主霍斯特·施特默發現的分數量子霍爾效應。

2023年，華盛頓大學徐曉東教授團隊曾在扭曲二碲化鉬中觀察到異常（免磁場）分數量子霍爾效應。最新研究中，哥大博士後研究員王怡萍運用先進的泵浦探測光譜技術，在徐教授提供的樣本中發現了更多分數電荷狀態，包括理論預測可用於建構拓撲量子電腦的非阿貝爾任意子。

這項技術採用超快雷射，能精確分辨細微的能量差異。朱教授強調：「這項發現確立了泵浦探測光譜作為目前最靈敏的量子態檢測方法。」研究團隊不僅觀測到基態下的量子態，還能追蹤其動態變化過程。

面對如此豐富的新發現，朱教授表示：「這些狀態不斷帶給我們驚喜，特別是在非平衡狀態下。現在我們需要釐清這些狀態的本質與潛在應用。」這項突破不僅拓展了量子物理的前沿，也為未來量子計算技術開闢了新途徑。

正如研究團隊所言：量子世界確實就像一座充滿驚奇的動物園。