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量子力学推动了技术上有用的组件（例如晶体管、激光器、磁隧道结等）的发展，这些组件改变了我们的经济和社会。下一代量子技术 (QT) 将基于叠加和纠缠的物理学，需要开发能够支持这些效应的新材料。在本期《观点》中，我们重点关注自旋和拓扑的材料实现，作为未来 QT 中可利用的量子对象，为计算、传感、通信和信息存储的新策略奠定基础。在固态材料中，自旋自由度可用于单自旋极限，其中孤立自旋的光学和电子控制可以实现高保真度的相干控制和自旋操纵。最近，基于微妙但强大的相对论自旋轨道耦合的概念已经实现了几个令人兴奋的突破，包括实空间和动量空间中的拓扑自旋纹理。磁性 skyrmion 是一个标志性的例子；它们的拓扑保护在纳米尺度上实现了巨大的稳定性，从而引发了将它们用作信息载体的令人兴奋的提议。稳健的自旋纹理也出现在拓扑绝缘体的动量空间中，可以产生高效的自旋电荷转换。将自旋轨道耦合的物理特性和新型自旋纹理与超导性相结合，可以进一步发挥协同作用，利用材料的量子力学相并生成新的序参量。在窄带隙和宽带隙半导体中实现的电子自旋量子比特现在已经为纳米级光通信网络和传感提供了最有前途的平台之一。
量子技术材料：自旋和拓扑的路线图
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