image: 量子霍尔家族 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
永远不会出错的量子计算机正是拓扑量子计算的承诺。传统量子比特像娇贵的"瓷器"，极易受环境干扰；而拓扑量子比特则像穿着"防弹衣"，天生具备容错能力。过去的几十年里，科学家们一直在寻找拓扑量子比特的合适物理载体。
2013年，清华大学团队首次在无磁场条件下观测到"量子反常霍尔效应"，震惊学界。如今，科学家在这座"量子金矿"中挖掘出新的"宝藏"——分数量子反常霍尔效应。作为量子霍尔家族的新成员，分数量子反常霍尔效应在高填充分数或超导条件下，能够支持Z3仲费米子，从而实现斐波那契任意子统计并实现通用拓扑量子比特。
近日，Science Bulletin发表了南方科技大学卢海舟团队的News & Views文章，对基于分数量子反常霍尔效应的通用拓扑量子计算的发展方向进行了深入评述。文章指出，扭转双层二碲化钼和菱方堆垛多层石墨烯/六方氮化硼莫尔超晶格，因其独特的分数量子反常霍尔效应，有望成为实现通用拓扑量子比特的材料平台。其中，前者在填充分数为-2/3和-3/5时展现出显著的分数量子反常霍尔效应，而后者则含有更多分数填充态，并且包括偶数分母填充分数态。
研究团队进一步展望了在这些体系中实现Z3仲费米子的路径：一方面，高填充分数态（如13/5态）可能模拟支持Z3仲费米子的Read-Rezayi分数量子霍尔效应；另一方面，分数量子反常霍尔效应与超导结合可能形成具有Z3仲费米子边界态的分数拓扑超导体。具体而言，扭转双层二碲化钼展现出高填充的分数量子自旋霍尔效应，并可通过钯金属化引入超导，而菱方堆垛多层石墨烯具有高陈数量子反常霍尔效应，并可能具有本征超导特性。这些发现为构建通用拓扑量子比特提供了新的可能。
尽管相关实验与理论研究已取得重要突破，但文章也强调，未来仍需攻克高填充分数态的制备、分数拓扑超导体的稳定实现、材料质量优化等关键挑战。这些问题的解决，将推动分数量子反常霍尔效应向通用拓扑量子计算的跨越。
Journal
Science Bulletin