近年来，拓扑物理学领域迎来了以时间为维度的革命性进展。传统拓扑研究主要聚焦于空间维度，尤其强调能量间隙与空间边界上的拓扑态。而来自光子量子行走实验的最新成果则首次将时间维度与拓扑性质紧密结合，揭示了时间拓扑及其与空间拓扑交织形成的时空拓扑事件，拓展了拓扑物理的理论范式和应用空间。时间，作为一个与空间本质不同的维度，具有独特的单向性，即“时间之箭”，这一特性为拓扑物理注入了全新的动力学不对称性，带来了与空间拓扑截然不同的物理现象。尤其是在非厄米系统中，时间拓扑基于动量间隙的形成，催生了局域于时间接口的拓扑态，而这些态的形成与传播方式为未来拓扑器件的动态控制提供了新思路。 实验背景及方法方面，研究者采用了耦合光纤环路构建合成光子晶格，以实现对光子行走的精确时空调控。
光纤环路中脉冲光通过可变分束器分裂并延迟，使脉冲的传输时间编码为空间坐标，从而在时间和空间维度上形成离散的量子行走过程。通过对环路参数的动态调节，如束分比率和增益损耗的周期性调制，构建了独特的非厄米Floquet光子SSH模型。此模型不仅能调控能量间隙，更能实现动量间隙的打开和关闭，从而调节空间与时间拓扑的存在与变化。实验创新之处在于引入了一个时间相关的拓扑不变量——时间拓扑数，伴随着系统在时间界面上拓扑属性的跃变，出现了时间拓扑态，其性质由该不变量的变化决定，表现为时域内的指数局域态。 光子量子行走中的空间拓扑，作为经典SSH模型的延伸，其空间拓扑不变量对应的是空间上能量间隙里的受保护态，这些态局限于空间界面处，具有稳健的传输性质而不受散射干扰。该实验复现了这一基本拓扑机制，在不同空间拓扑不变量交界处激发出稳定的局域态，对比观察表明空间拓扑态仅在拓扑不变量变化的空间界面出现，验证了理论预言。
与此同时，时间拓扑的特殊性在于其基于动量而非能量的拓扑性质。动量间隙的出现导致时间上的态呈现增长或衰减，时域拓扑态表现为时间界面局域，但在空间扩展开，这一特征显著不同于传统的纯空间拓扑态。 随着研究的深入，学者们进一步提出并实现了时空拓扑的概念：通过同时打开能量与动量间隙，系统可支持一个新的拓扑不变量，称为时空拓扑不变量，这一不变量是空间与时间拓扑不变量的乘积。它预示着一种时空局域的零维拓扑事件，即拓扑态在空间和时间上均高度局域，表现为一个独特的时空点事件。该事件不仅承载了空间和时间拓扑的双重信息，更体现出因果律对拓扑态激发和演化的制约。例如，实验观察表明，只有当激发位于该时空事件的过去光锥内时，时空拓扑态才会被有效激发，反之则由于因果性被完全抑制，这一特征为拓扑态带来了前所未有的鲁棒性和选择性，拓展了拓扑保护的定义和应用。
更值得关注的是，时空拓扑事件在面对体系无序或扰动时展现出独特的抗干扰能力。即使空间局域的拓扑保护因强无序而部分塌缩，时间上的动量间隙可能依然保持，导致时域局域性持续存在。这种“有限塌缩”现象在传统拓扑体系中极为罕见，说明时空拓扑态提供了多维度的保护机制，拓宽了稳定性和功能性的边界。 光子量子行走实验不仅验证了理论预言，还为拓扑物理与非厄米体系的交汇提供了可操作且可观测的平台。传统拓扑物理多基于厄米哈密顿量，而光子系统通过引入动态增益与损耗，实现非厄米调控，令时间拓扑态的非平衡特性与成长—衰减机制成为现实。这种结合使得时间与空间拓扑相辅相成，产生了复合的时空拓扑事件，突破了以往物理学关于拓扑态仅在空间局域的固有认知。
在应用层面，这项研究为未来的光学信息处理、通信以及量子计算器件提供了崭新的设计思路。时空拓扑态可用于实现波形在空间与时间上的精准且鲁棒控制，有望催生新的拓扑激光器、时空调制信号的无损传输技术，以及利用拓扑保护的动态波形操控方案，推动光电子技术向多维度智能化演进。更重要的是，因果律介入赋予了系统更为复杂和精细的控制能力，未来还有望借由时空拓扑实现复杂的时序逻辑和非平衡态量子模拟。 展望未来，时空拓扑物理作为一门跨越时间与空间、结合非厄米动态调控的新兴领域，势必吸引更多多学科交叉研究的投入。自然科学各领域如热力学、流体力学甚至生物物理中时间单向性的重要性将与时空拓扑形成协同效应，拓展拓扑物理的边界。此外，借助超快光学调制、量子态操纵与人工智能辅助设计，时空拓扑态的量子信息处理潜力和拓扑量子计算也将被逐步释放。
与此同时，技术手段的精进，如更多维度的合成空间构造以及非线性时空拓扑实现，将开辟更丰富的实验平台。 总结而言，光子量子行走中的时空拓扑事件突破了传统拓扑物理的空间局限，首次将时间维度的独特物理特性引入拓扑态的构建和控制，揭示了基于动量间隙的时间拓扑数及其与空间拓扑数的复合影响。实验验证了时间拓扑态与时空拓扑事件的存在，展示了因果律调控与多维保护的新物理效应。这不仅丰富了拓扑物理学的基本理论，也为未来新一代光子器件及量子技术的发展奠定了坚实基础。时空拓扑将成为破解时间与空间如何协同塑造物理现实的关键，开启多个学科融合和技术创新的新时代。
