中国科大实现液晶向列比特的可重构非阿贝尔编织
中国科学报 ｜ 2026-09-26

中国科学技术大学物理系彭晨晖教授、蒋景华研究员团队构建了一种基于向列液晶向错线的室温软物质平台，实现了拓扑信息的可重构非阿贝尔编织。研究团队利用光场和胶体颗粒将液晶缺陷线编织成可编程交叉网络，并把缺陷线拓扑结构编码为“向列比特”（nematic bit，nbit）。实验表明，改变编织操作的先后顺序会得到不同的最终状态，胶体“编织门”还可在原位重新排列。相关成果以“Reconfigurable non-Abelian braiding of nematic bits”为题，9月22日发表于Nature Materials,并被Nature Materials以“Weaving braids of defect lines”为标题进行专题报道。

非阿贝尔编织的突出特征是操作次序不可交换：操作顺序改变，产生的结果不同。在拓扑量子计算设想中，这种顺序依赖性可用于操控非局域量子态；然而，如何在实空间中连续观察、精确控制、实时重构并按目标结果编译多步编织，一直具有挑战。该研究将这一抽象的编织代数转化为可在显微镜下直接观察和重排的经典材料过程。

合作团队在光图案化基底上制备液晶取向场，使向列液晶中形成可控的向错线网络，并引入直径约20微米、具有垂直表面锚定的胶体颗粒。旋转线偏振光可驱动顶部液晶取向同步改变，使相邻向错线逐渐靠近并绕过胶体颗粒，形成稳定的左旋或右旋双螺旋纠缠。结合偏光显微镜和三维液晶指向场模拟，团队确定了缺陷线的上下穿越关系及其内部拓扑结构演化，并将这些连续结构映射为向列比特状态和相应的逻辑门。

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图1 向错线双螺旋缠绕胶体结构的光控生成