What in the world is topological quantum matter? - Fan Zhang

Translator: Tun Lin Aung + 1 Reviewer: sann tint

What if electricity could travel forever without being diminished?

လျှပ်စီးကြောင်းက ယုတ်လျော့မသွားဘဲ အမြဲတမ်း စီးနိုင်မယ်ဆိုရင် ဘာဖြစ်မလဲ

What if a computer could run exponentially faster with perfect accuracy?

ကွန်ပြူတာက တိကျမှုအပြည့်နဲ့ ပိုလျင်မြန်စွာ တဟုန်ထိုး စွမ်းဆောင်နိုင်ရင် ဘာဖြစ်မလဲ

What technology could those abilities build?

ထိုထိုသော လုပ်နိုင်စွမ်းတွေကို ဘယ်နည်းပညာက တည်ဆောက်နိုင်မလဲ။

We may be able to find out thanks to the work of the three scientists

၂၀၁၆ မှာ ရူပဗေဒ နိုဘယ်ဆုရခဲ့တဲ့ သိပ္ပံပညာာရှင်သုံးဦးရဲ့ လုပ်ဆောင်ချက်ရဲ့

who won the Nobel Prize in Physics in 2016.

ကျေးဇူးကြောင့်လို့ဆိုတာ လေ့လာတွေရှိနိုင်ပါတယ်

David Thouless,

David Thouless

Duncan Haldane,

Duncan Haldane နဲ့

and Michael Kosterlitz won the award for discovering

Michael Kosterlitz တို့ဟာ အရွယ်ကြီးမားတဲ့အရာတွေမှာပိုင်ဆိုင်တဲ့

that even microscopic matter at the smallest scale

Topology ဆိုင်ရာ ဂုဏ်သတ္တိတွေနဲ့ အသွင်တွေကို အရွယ်အငယ်ဆုံးသော

can exhibit macroscopic properties and phases that are topological.

အနု ရုပ်ဒြပ်၌ပင် ပြသနိုင်ကြောင်း ရှာဖွေ တွေ့ရှိခြင်းအတွက် ဆုချီးမြင့်ခံရပါတယ်

But what does that mean?

ဒါက ဘကိုဆိုလိုတာပါလိမ့်။

First of all, topology is a branch of mathematics

Topology ဟာ သင်္ချာပညာရပ် အခွဲဖြစ်ပြီး အရာ၀တ္ထုတို့ရဲ့

that focuses on fundamental properties of objects.

အခြေခံကျတဲ့ ဂုဏ်သတ္တိတွေကို စူးစိုက်လေ့လာကြောင်း ဦးစွာဖော်ပြပါရစေ

Topological properties don't change when an object is gradually stretched or bent.

၀တ္ထုကို ညင်သာစွာ ဆွဲတာ၊ ကွေးတာတွေက Topology ဆိုင်ရာ ဂုဏ်သတ္တိများ မပြောင်းပါ

The object has to be torn or attached in new places.

အရာ၀တ္ထုကို နေရာသစ်တွေမှာ ဖြဲပစ်တာ (သို့) တွဲချည်တာလုပ်ဖို့လိုပါတယ်

A donut and a coffee cup look the same to a topologist

ဒိုးနပ်နဲ့ ကော်ဖီခွက် နှစ်ခုစလုံး အပေါက် တစ်ပေါက်ပဲရှိတာကြောင့်

because they both have one hole.

Topology လေ့လာသူအဖို့ တူညီပုံပေါ်ပါတယ်

You could reshape a donut into a coffee cup

ဒိုးနပ်ကို ကော်ဖီ ခွက်ပုံ ပြောင်းနိုင်ပြီး

and it would still have just one.

၎င်းကို အပေါက် တစ်ပေါက်အတိုင်း ထား နိုင်ပါသေးတယ်

That topological property is stable.

ထို Topology ဆိုင်ရာ ဂုဏ်သတ္တိက တည်မြဲပါတယ်

On the other hand, a pretzel has three holes.

တဖက်မှာ အပေါက် သုံးခုပါတဲ့ မုန့်ကြွပ်ကို ဒိုးနပ်အဖြစ်

There are no smooth incremental changes that will turn a donut into a pretzel.

အဆင်ပြေ ချောမွတ်စွာ ပြောင်းလိုက်လို့ မရပါဘူး။

You'd have to tear two new holes.

နှစ်ပေါက်တော့ ထပ်ဖောက်ပစ် ရပါလိမ့်မယ်

For a long time, it wasn't clear whether topology was useful

အက်တမ်အောက် အမှုန်တွေရဲ့ အပြုအမှုတွေကို ဖော်ပြဖို့ အတွက် Topology က

for describing the behaviors of subatomic particles.

အသုံးဝင်၊ မဝင်ဆိုတာကို ကာလကြာမြင့်စွာပင် ဇဝေဇဝါဖြစ်နေခဲ့ပါတယ်

That's because particles, like electrons and photons,

အကြောင်းမှာ အီလက်ထရွန်တွေနဲ့ ပရိုတွန်တွေလို အမှုန်တွေက

are subject to the strange laws of quantum physics,

ကွမ်တမ် ရူပဗေဒရဲ့ ထူးဆန်းတဲ့ ဥပဒေသတွေကို အကြောင်းပြုပြီး

which involve a great deal of uncertainty

ကော်ဖီခွက်အရွယ်မှာ ကျုပ်တို့ မမြင်တွေ့နိုင်တဲ့

that we don't see at the scale of coffee cups.

'မရေမရာမှု'ရဲ့ စိန်ခေါ်မှုကြီး ပတ်သတ်ပါဝင်တယ်

But the Nobel Laureates discovered that topological properties

ဒါပေမဲ့ နိုဘလ်ဆုရှင်များဟာ ကွမ်တမ်အဆင့့်မှာပင် တည်ရှိသော

do exist at the quantum level.

Topology ဆိုင်ရာ ဂုဏ်သတ္တိများကို ရှာတွေ့သွားပါတယ်၊ ပြီးတော့

And that discovery may revolutionize materials science,

ထို တွေ့ရှိချက်က အကြီးစား ပြောင်းလဲမှုတွေကို materials science

electronic engineering,

electronic engineering နဲ့

and computer science.

computer science တို့မှာဖြစ်သွားစေပါတယ်

That's because these properties lend surprising stability

အကြောင်းက ထို ဂုဏ်သတ္တိများက အံဖွယ် တည်မြဲမှုနဲ့ ထင်ရှားသော

and remarkable characteristics to some exotic phases of matter

လက္ခဏာများကို သိမ်မွေ့နက်လှသော ကွမ်တမ်လောကရှိ ရုပ်ဒြပ်ရဲ့

in the delicate quantum world.

ဆန်းပြားတဲ့အသွင် တချို့အပေါ် အားဖြည့်လိုက်လို့ပါပဲ

One example is called a topological insulator.

Topology လျှပ်ကာပစ္စည်းဟာ ဥပမာတစ်ခုပါ

Imagine a film of electrons.

အီလက်ထရွန် အလွှာပါးလေးကို စိတ်ကူးကြည့်ပါ

If a strong enough magnetic field passes through them,

၎င်းတို့ကို အားကောင်းတဲ့ သံလိုက်စက်ကွင်း ဖြတ်သန်းပါက

each electron will start traveling in a circle,

အီလက်ထရွန် တစ်လုံးစီသည် ပတ်လမ်းပိတ် ခေါ် ကွင်းပုံစံလမ်းကြောင်းမှာ

which is called a closed orbit.

ရွေ့လျားမှု စတင်ပါလိမ့်မယ်

Because the electrons are stuck in these loops,

အီလက်ထရွန်များသည် ထိုကွင်းများထဲ ပတ်နေသောကြောင့်

they're not conducting electricity.

လျှပ်စစ်ဓါတ် စီကူးနေခြင်း မရှိပါ

But at the edge of the material,

သို့သော် ၀တ္ထု အစွန်း၌

the orbits become open, connected, and they all point in the same direction.

ပတ်လမ်းတွေ ပွင့်ပြီး ချိတ်ဆက်လျက် တူညီသော လားရာကို အားလုံးက ဦးတည်ညွှန်ပြကြပါတယ်

So electrons can jump from one orbit to the next

ဒီတော့ အီလက်ထရွန်တွေဟာ ပတ်လမ်းတစ်ခုမှ နောက်တစ်ခုသို့ ခုန်နိုင်ပြီး

and travel all the way around the edge.

အစွန်းပတ်လည်ရှိ လမ်းအားလုံးမှာ သွားလာကြပါတယ်

This means that the material conducts electricity around the edge

သဘောမှာ၊ ၀တ္ထုသည် အစွန်းပတ်လည်မှာ လျှပ်စစ် စီးပေမဲ့ အလယ်မှာ

but not in the middle.

လျှပ်စစ် မစီးကြောင်း ဆိုလိုပါတယ်

Here's where topology comes in.

အဲဒီမှာ Topology ဖြစ်လာပါတော့တယ်

This conductivity isn't affected by small changes in the material,

ဒီ လျှပ်ကူးသတ္တိက မသန့်စင်မှုနဲ့ ချို့- ယွင်းချက်ငယ်များလို အရာ၀တ္ထုထဲက သေးငယ်တဲ့

like impurities or imperfections.

အပြောင်းအလဲများကြောင့် အာနိသင် မပြောင်းလဲပါဘူး

That's just like how the hole in the coffee cup

ဒါက ကော်ဖီခွက်က အပေါက်ကို ဆွဲဆန့်ခြင်းဖြင့်

isn't changed by stretching it out.

အပြောင်းအလဲ မဖြစ်သလိုမျိုးပါ

The edge of such a topological insulator has perfect electron transport:

ဒီလို Topology ဆိုင်ရာ လျှပ်ကာ၏ အစွန်းမှာ အီလက်ထရွန်ကို အထစ်အငေါ့မရှိ သယ်ပို့က

no electrons travel backward,

အီလက်ထရွန်တွေ နောက်ပြန်မသွားခြင်း

no energy is lost as heat,

အပူအဖြစ် စွမ်းအင် မဆုံးရှုံးခြင်း

and the number of conducting pathways can even be controlled.

ပြီးတော့ လျှပ်ကူးလမ်းကြောင်း အရေအတွက်ကိုတောင် ထိန်းချုပ်နိုင်ပါတယ်

The electronics of the future could be built

ရာနှုန်းပြည့် စွမ်းဆောင်ရည်ရှိတဲ့ ဒီအီလက်ထရွန်

to use this perfectly efficient electron highway.

အမြန်လမ်းမကြီးကို အသုံးပြုဖို့ အနာဂတ် အီလက်ထရောနစ်ပညာက ဆောက်လုပ်နိုင်ပါတယ်

The topological properties of subatomic particles

အက်တမ်အောက် အမှုန်တွေရဲ့ Topology ဆိုင်ရာ ဂုဏ်သတ္တိတွေက

could also transform quantum computing.

ကွမ်တမ် တွက်ချက်မှုအဖြစ်သို့ အသွင်ပြောင်းနိုင်သည်မှာ..

Quantum computers take advantage of the fact

ကွမ်တမ် ကွန်ပြူတာများသည် Qubit ခေါ်တဲ့ အရာ၌

that subatomic particles can be in different states at the same time

သတင်း အချက်အလက်ကို သိုလှောင်ဖို့ အက်တမ်အောက် အမှုန်များက တချိန်တည်းမှာ

to store information in something called qubits.

ကွဲပြားတဲ့ အဆင့်တို့တွင် ရှိနိုင်သော အားသာအချက်ကို ယူနိုင်လို့

These qubits can solve problems exponentially faster

ခေတ်နှောင်း ဒစ်ဂျစ်တယ် ကွန်ပြူတာတွေထက် ဒီ qubit တွေက ပုစ္ဆာတွေကို

than classical digital computers.

တဟုန်ထိုး ပိုမို လျင်မြန်စွာ ဖြေရှင်းနိုင်ပါတယ်

The problem is that this data is so delicate

ဒီဒေတာဟာ ပတ်ဝန်းကျင်နဲ့ သက်ရောက်ခြင်းကြောင့် ၄င်းကို

that interaction with the environment can destroy it.

ဖျက်စီးနိုင်အောင် သိမ်မွေ့လွန်းသည့် ပြဿနာ ရှိပါတယ်

But in some exotic topological phases,

ဒါပေမဲ့ တချို့သော ထူးဆန်းတဲ့ Topology အသွင်တို့မှာ

the subatomic particles can become protected.

အက်တမ်အောက် အမှုန်တွေကို ကာကွယ်ပေးသွားနိုင်ပါတယ်

In other words, the qubits formed by them

တနည်းအားဖြင့် ၎င်းတို့က ဖွဲ့စည်းတဲ့ qubit တွေကို

can't be changed by small or local disturbances.

သေးငယ်သော သို့မဟုတ် ဒေသန္တရ အနှောက်အယှက်များက မပြောင်းလဲနိုင်တော့ပါ

These topological qubits would be more stable,

ဒီ Topology ဆိုင်ရာ qubit တွေ ပို တည်မြဲလိမ့်မည်ဖြစ်လို့

leading to more accurate computation and a better quantum computer.

ပိုတိကျ ကောင်းမွန်တဲ့ တွက်ချက်မှုနဲ့ ကွမ်တမ် ကွန်ပြူတာမျိုး ဖြစ်စေပါတယ်

Topology was originally studied as a branch of purely abstract mathematics.

Topology ကို မူလလေ့လာမှုက စိတ်ကူးဖြင့် အတိပြီးတဲ့ သင်္ချာ ဘာသာရပ်ခွဲ အဖြစ်နဲ့ပါ

Thanks to the pioneering work of Thouless, Haldane, and Kosterlitz,

Thouless၊ Haldane၊ Kosterlitzတို့ရဲ့ ကျေးဇူးတင်စရာ ရှေ့ဆောင်လမ်းပြမှုက

we now know it can be used to understand the riddles of nature

သဘာ၀ရဲ့ ပဟေဠိတွေကို နားလည်ဖို့နဲ့ နည်းပညာတွေရဲ့ အနာဂတ်ကို ပြောင်းလဲပစ်ဖို့

and to revolutionize the future of technologies.

Topologyကို အသုံးပြုနိုင်ကြောင်း အခုတော့ ကျုပ်တို့ သိသွားပါပြီ..ဗျာ