拓撲序是一種物質(zhì)的狀態(tài)，它的性質(zhì)不依賴于物質(zhì)的形狀或大小，而只取決于它的拓撲結(jié)構(gòu)。拓撲結(jié)構(gòu)是一種幾何概念，它描述了一個物體的連通性和孔洞的數(shù)目，比如一個圓環(huán)和一個咖啡杯是拓撲等價的，因為它們都有一個孔洞。拓撲序的物質(zhì)有一些非常奇特的性質(zhì)，比如它們的邊緣可以導電，而內(nèi)部不導電。

拓撲序的物質(zhì)中還有一種更加神奇的現(xiàn)象，就是它們的激發(fā)態(tài)，也就是物質(zhì)中的局域化的能量。這些激發(fā)態(tài)被稱為任意子，因為它們的統(tǒng)計性質(zhì)不同于我們熟悉的玻色子和費米子。玻色子和費米子是我們常見的粒子，它們遵循玻色-愛因斯坦統(tǒng)計和費米-狄拉克統(tǒng)計，這意味著，如果你交換兩個玻色子或兩個費米子的位置，那么整個系統(tǒng)的波函數(shù)要么不變，要么改變一個負號。但是，如果你交換兩個任意子的位置，那么整個系統(tǒng)的波函數(shù)可能會改變一個相位因子，或者更一般地，改變一個矩陣作用在任意子的內(nèi)部空間上。這就是所謂的分數(shù)統(tǒng)計和非阿貝爾統(tǒng)計，它們是拓撲序的物質(zhì)的特征。

任意子的統(tǒng)計性質(zhì)有一個非常有趣的后果，就是它們的交換可以用來進行量子計算。量子計算是一種利用量子力學的原理來加速某些難以用經(jīng)典計算機解決的問題的計算模型。量子計算的優(yōu)勢來自于量子比特可以同時表示多個經(jīng)典比特的信息，以及量子比特之間可以存在量子糾纏，這是一種超越經(jīng)典物理的關(guān)聯(lián)。量子計算的難點在于如何實現(xiàn)對量子比特的精確控制和測量，以及如何保護量子比特免受環(huán)境的干擾，這就是所謂的量子錯誤糾正。(www.ws46.Com)

任意子可以用來構(gòu)造量子比特，因為它們的內(nèi)部空間可以編碼0和1的信息，而且它們的交換可以實現(xiàn)量子邏輯門，這是量子計算的基本操作。更重要的是，任意子的交換是一種拓撲操作，它只取決于任意子的路徑的拓撲性質(zhì)，而不是具體的細節(jié)，這意味著，任意子的交換是一種魯棒的操作，它不受局部的噪聲和擾動的影響。這就是所謂的拓撲量子計算，它是一種基于拓撲序的物質(zhì)的量子計算方案，它有望實現(xiàn)量子錯誤糾正的自動化，從而大大提高量子計算的可靠性和效率。

拓撲量子計算的概念已經(jīng)提出了幾十年，但是要實現(xiàn)它還面臨著巨大的挑戰(zhàn)。首先，我們需要找到一種拓撲序的物質(zhì)，它可以容易地制備和操縱，而且可以支持非阿貝爾的任意子，這是一種比阿貝爾的任意子更復雜的任意子，它的交換不僅可以改變相位，還可以改變?nèi)我庾拥膬?nèi)部空間的基。其次，我們需要找到一種方法，可以在拓撲序的物質(zhì)中創(chuàng)建和移動任意子，以及測量它們的狀態(tài)，這些都是量子計算所必需的操作。第三，我們需要找到一種方法，可以驗證我們的系統(tǒng)是否真的具有拓撲序，以及我們的任意子是否真的具有非阿貝爾的統(tǒng)計性質(zhì)，這些都是量子計算的正確性的保證。

最近，一篇發(fā)表在《自然》雜志上的論文，宣布了在這些方面的重大突破。這篇論文的作者是來自Quantinuum公司和哈佛大學的一群物理學家，他們利用了一種被稱為離子阱的量子設(shè)備，實現(xiàn)了一種非阿貝爾的拓撲序，以及它的任意子的控制和檢測。

在這篇論文中，作者使用了一個由27個釔離子組成的離子阱，通過激光將它們排列成一個三角形的網(wǎng)格，模擬了一個叫做kagome晶格的結(jié)構(gòu)。他們在離子阱中制備了D4的拓撲序的基態(tài)，然后使用激光在離子阱的不同位置創(chuàng)建了任意子。他們使用激光來移動任意子，讓它們繞著其他任意子轉(zhuǎn)圈，然后使用交叉熵優(yōu)化的方法來測量拓撲指數(shù)。他們發(fā)現(xiàn)，他們的測量結(jié)果和理論預(yù)期非常吻合，證明了他們成功地創(chuàng)建和控制了非阿貝爾的任意子。

這篇論文的意義是非常巨大的，它是第一次在實驗上實現(xiàn)了非阿貝爾的拓撲序，以及它的任意子的控制和檢測，它是拓撲量子計算的一個重要的里程碑，它展示了離子阱作為一種強大的量子模擬器和量子計算機的潛力，它也為未來的量子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用提供了新的可能性和方向。