每一次突破，都在为未来铺路

丁 洪

从理论预言到实验验证，从基础研究到应用突破，科研工作者以创新思维和严谨实证，不断推动拓扑材料的研究、开发和应用。我很荣幸能和团队一起，在这项全球性的科学探索中贡献力量。

拓扑材料是具备特殊电子结构的新型材料，其性质不受局域杂质影响。如何让拓扑材料从理论走向实践？在我看来，这离不开理论研究、材料制备与实验探测三方协同，任何一环的停滞都可能阻碍研究推进。

早在2014年，中国科学院物理研究所的理论团队就成功预测了外尔半金属这一重要拓扑材料，为研究奠定了理论基础。但理论落地的首要难题，便是高质量材料的制备，这将直接决定后续实验能否精准捕捉材料的拓扑特性。最终，物理所团队成功研发出高质量的实验样品，让后续研究开展有了底气。实验探测平台的搭建也至关重要。随着上海光源“梦之线”同步辐射光束线的建成，其优异的探测指标为精准分析材料性质提供了有力支撑。很多人觉得这份成果得来“水到渠成”，但只有我们知道，这是团队长期积累的结果。

随着外尔半金属成为拓扑材料领域的重要研究方向，新发现不断涌现，但器件化进程仍不尽如人意。于是，我和团队将目光投向了更具潜力的拓扑量子计算领域，核心便是基于马约拉纳零能模研发拓扑量子比特。马约拉纳零能模在三维空间中并不存在，但在理论上有可能在二维空间中存在。2018年，我们团队在铁基超导体中发现了马约拉纳零能模存在的强有力证据，为研发拓扑量子比特奠定了重要基础。

近年来，多学科融合也成为拓扑研究的重要趋势。在拓扑量子比特研发中，除了物理学的核心支撑，其他学科也发挥着关键作用。比如，材料科学提升铁基超导体的纯度与稳定性，计算机科学为量子操控算法优化提供支持，借助同步辐射、低温强磁场等技术，科学家能够精准捕捉马约拉纳零能模的信号……我一直认为，不同学科的碰撞往往能催生新的研究思路与技术突破。未来，人工智能大模型也将在拓扑材料的预测与筛选中发挥重要作用。

全球进入大科学时代，科学研究协同性显著增强。在拓扑电子材料的计算预测以及实验实现中，理论团队刚开启外尔半金属预言研究时，实验团队便同步开始准备探测条件，包括调试“梦之线”光束线、搭建实验装置等。样品制备团队及时根据理论与实验需求，不断优化材料制备工艺。这不是单向推进的过程，而是多方向循环迭代的“正反馈”——实验中获取的材料性质数据，反馈给理论团队进行计算对比；理论的进一步突破，又指导了实验方向调整；样品制备技术也会根据实验需求持续优化，进而为后续研究提供更优质的样品。

如今，拓扑材料与拓扑量子计算研究仍在不断发展。我们希望继续为我国赢得国际话语权，更希望为相关领域发展提供更多“中国方案”。未来，随着拓扑量子比特研发的突破，量子计算有望迎来新的发展阶段。每一次科研突破，实际上都在为拓扑量子计算的未来铺路。这让我们更有信心、更有动力，为人类科技文明的星河再添一抹亮色。

(作者为中国科学院院士、上海交通大学李政道研究所副所长，何旭、谷业凯采访整理)