莱斯大学的物理学家们已经证实，量子计算所追求的不可变拓扑态能够与某些材料中的其他可调量子态发生纠缠。
“我们发现的一个令人惊讶的现象是，在特定的晶格结构中，电子被限制住了，d原子轨道上的强耦合行为实际上类似于某些重费米子f轨道系统的表现，”Qimiao Si表示，他是《科学进展》上关于这项研究的合著者之一。
这一意外发现为凝聚态物理的不同子领域之间架起了一座桥梁，这些领域专注于量子材料的不同涌现特性。例如，在拓扑材料中，量子纠缠模式会产生“受保护的”不可变状态，这些状态可用于量子计算和自旋电子学。而在强相关材料中，数十亿电子的纠缠则导致了非常规超导性和量子自旋液体中的持续磁波动等现象。
在这项研究中，Si和他的研究团队的前研究生胡浩宇建立并测试了一个量子模型，以探讨“受挫”晶格排列中的电子耦合，类似于在金属和半金属中发现的那些具有“平坦带”的电子，这些电子被限制并且强相关效应被放大。
这项研究是Si正在进行的工作的一部分，他计划继续验证控制物质拓扑状态的理论框架。
在这项研究中，Si和Hu表明，来自d原子轨道的电子可以成为晶格中多个原子共享的更大分子轨道的一部分。这项研究还表明，分子轨道上的电子可能与其他受挫的电子发生纠缠，产生强烈的相关效应，这对Si来说并不陌生，因为他花费了数年时间研究重费米子材料。
“这些完全是d电子系统，”Si说。“在d电子的世界里，就像你有一条多车道的高速公路。在f电子的世界里，你可以想象电子在两层中移动。一个像d电子的高速公路，另一个像土路，运动非常缓慢。”
Si表示，f-电子系统有非常明显的强相关物理例子，但它们不适合日常应用。
“这条土路与高速公路的距离太远了，”他说。“高速公路的影响非常微小，这转化为微小的能量尺度和非常低温的物理。这意味着你需要在大约10开尔文的温度下才能观察到耦合的效果。
但在d电子的世界里情况就不同了。在那里的多车道高速公路上，东西之间的耦合非常有效。”
即使存在平坦的波段，这种耦合效率依然存在。Si将其比作高速公路上的一条车道变得像f-电子的泥路一样低效和缓慢。
“即使它已经变成了一条土路，它仍然与其他车道共享地位，因为它们都来自d轨道，”Si说。“这实际上是一条土路，但它的耦合性要强得多，这就转化为更高温度下的物理现象。
“这意味着我可以拥有所有精致的基于f电子的物理学，我有定义良好的模型和多年研究的丰富直觉，但不必达到10开尔文，我可以在200开尔文，甚至可能是300开尔文或室温下进行实验。”因此，从功能的角度来看，这非常有前景。”
Si是赖斯大学物理学和天文学的Harry C. and Olga K. Wiess教授，同时也是赖斯量子计划的成员和赖斯量子材料中心(RCQM)的主任。
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