2026年10月9日——在光纤、芯片和其他导光器件中，微小缺陷会散射光子并扰乱其路径。一项新研究展示了一种方法，可揭示某些系统中帮助光波行为抵御此类缺陷的性质。该方法可能有助于加快寻找新型电子和光学技术，并促进更可靠的量子器件的发展。

在即将出版的《物理评论快报》（Physical Review Letters）上，瑞典皇家理工学院（KTH Royal Institute of Technology）的研究人员展示了一款可编程芯片，能够检测和测量“拓扑性质”，即使系统发生变化也不会改变的波行为特征。（该研究论文的开放获取版本可在 arxiv.org 上查看。）

瑞典皇家理工学院光与物质物理系研究员、副教授 Ali Elshaari 表示，理解这些性质有助于器件即使存在不完美之处也能继续工作。

Elshaari 说，拓扑性质能使材料异常稳定。“当我向学生解释拓扑时，我会从绳子上的一个结开始讲，”他说。“你可以拉伸、扭动或摇晃它，但那个结会一直存在，直到你把绳子剪断。

“物理学家发现，一些材料和器件在波穿过它们的方式上也带有类似的结。”

该研究的第一作者、瑞典皇家理工学院博士生 Andrea Cataldo 表示，这种稳定性对于必须在噪声和缺陷下仍能工作的技术很有吸引力，例如未来的电子器件和量子器件。

“在现实世界中，每个系统都会损失一些能量，”Cataldo 说。“所以我们需要一些方法，在现实条件下研究这些性质。”

他说，这款基于光的芯片能够模拟会损耗能量的系统，并直接揭示其隐藏的稳定性质。

Cataldo 说，该芯片能可靠地将“打结的”（拓扑）情形与普通情形区分开来。它还检测到一个特殊点——有能量损耗的系统在该点会表现出不同寻常的行为，这种点被称为例外点。

“我们使用一种数学技巧，在芯片上运行有损耗的系统，而不会实际丢失信号，”他说。研究人员随后将光与参考光束进行比较——他们将其比作给乐器调音时对照一个参考音。

“这使我们能够读取隐藏信息，即使在能量损耗通常会将其隐藏起来的时候也是如此，”他说。

由于该芯片可以重新编程，因此可以在一个器件上测试许多不同的场景。