從理論預言到實驗驗證，從基礎研究到應用突破，科研工作者以創新思維和嚴謹實證，不斷推動拓撲材料的研究、開發和應用。我很榮幸能和團隊一起，在這項全球性的科學探索中貢獻力量。
拓撲材料是具備特殊電子結構的新型材料，其性質不受局域雜質影響。如何讓拓撲材料從理論走向實踐？在我看來，這離不開理論研究、材料制備與實驗探測三方協同，任何一環的停滯都可能阻礙研究推進。
早在2014年，中國科學院物理研究所的理論團隊就成功預測了外爾半金屬這一重要拓撲材料，為研究奠定了理論基礎。但理論落地的首要難題，便是高質量材料的制備，這將直接決定后續實驗能否精準捕捉材料的拓撲特性。最終，物理所團隊成功研發出高質量的實驗樣品，讓后續研究開展有了底氣。實驗探測平臺的搭建也至關重要。隨著上海光源“夢之線”同步輻射光束線的建成，其優異的探測指標為精準分析材料性質提供了有力支撐。很多人覺得這份成果得來“水到渠成”，但只有我們知道，這是團隊長期積累的結果。
隨著外爾半金屬成為拓撲材料領域的重要研究方向，新發現不斷涌現，但器件化進程仍不盡如人意。于是，我和團隊將目光投向了更具潛力的拓撲量子計算領域，核心便是基于馬約拉納零能模研發拓撲量子比特。馬約拉納零能模在三維空間中并不存在，但在理論上有可能在二維空間中存在。2018年，我們團隊在鐵基超導體中發現了馬約拉納零能模存在的強有力證據，為研發拓撲量子比特奠定了重要基礎。
近年來，多學科融合也成為拓撲研究的重要趨勢。在拓撲量子比特研發中，除了物理學的核心支撐，其他學科也發揮著關鍵作用。比如，材料科學提升鐵基超導體的純度與穩定性，計算機科學為量子操控算法優化提供支持，借助同步輻射、低溫強磁場等技術，科學家能夠精準捕捉馬約拉納零能模的信號……我一直認為，不同學科的碰撞往往能催生新的研究思路與技術突破。未來，人工智能大模型也將在拓撲材料的預測與篩選中發揮重要作用。
全球進入大科學時代，科學研究協同性顯著增強。在拓撲電子材料的計算預測以及實驗實現中，理論團隊剛開啟外爾半金屬預言研究時，實驗團隊便同步開始準備探測條件，包括調試“夢之線”光束線、搭建實驗裝置等。樣品制備團隊及時根據理論與實驗需求，不斷優化材料制備工藝。這不是單向推進的過程，而是多方向循環迭代的“正反饋”——實驗中獲取的材料性質數據，反饋給理論團隊進行計算對比；理論的進一步突破，又指導了實驗方向調整；樣品制備技術也會根據實驗需求持續優化，進而為后續研究提供更優質的樣品。
如今，拓撲材料與拓撲量子計算研究仍在不斷發展。我們希望繼續為我國贏得國際話語權，更希望為相關領域發展提供更多“中國方案”。未來，隨著拓撲量子比特研發的突破，量子計算有望迎來新的發展階段。每一次科研突破，實際上都在為拓撲量子計算的未來鋪路。這讓我們更有信心、更有動力，為人類科技文明的星河再添一抹亮色。
（作者為中國科學院院士、上海交通大學李政道研究所副所長，何旭、谷業凱采訪整理）
（原標題：每一次突破，都在為未來鋪路（院士新語））
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