2016 年諾貝爾物理學獎被拆分，一半授予華盛頓大學的大衛·J·索利斯，另一半授予普林斯頓大學的 F·鄧肯·M·霍爾丹和布朗大學的 J·邁克爾·科斯特利茨。該獎項授予了理論家在凝聚態物理學方面的研究，特別是他們在拓撲相變和物質的拓撲相方面的研究，這些現象是超導體、超流體和薄磁膜等奇異物質狀態的基礎。他們的工作為低溫下物質的行為提供了新的見解，併為創造一種稱為拓撲絕緣體的新材料奠定了基礎，這種材料可以允許構建更復雜的量子計算機。
拓撲學是數學的一個分支，它研究僅以整數步長而不是連續方式增量變化的特性。斯德哥爾摩大學的物理學家索爾斯·漢斯·漢森今年在諾貝爾委員會任職，他在頒獎典禮上透過從一個袋子裡拿出肉桂卷、百吉餅和瑞典椒鹽捲餅來解釋拓撲學的核心概念。他開玩笑說：“我帶了午飯，”然後解釋說，對於拓撲學家來說，這三種食物之間的唯一區別是它們中的孔的數量，而不是它們的味道。肉桂卷沒有孔，而百吉餅有一個孔，椒鹽捲餅有兩個孔。那麼，對於拓撲學家來說，肉桂卷與碟子屬於同一類別，而百吉餅會與杯子配對，而椒鹽捲餅則與眼鏡配對。索利斯、科斯特利茨和霍爾丹的獲獎見解圍繞著這樣一種觀念，即這些相同的“拓撲不變數”也可以解釋物質中的相變，儘管不是熟悉的相變，例如液體凍結成固體或昇華成氣體。相反，理論家研究的相變主要發生在冷卻到低溫的薄二維薄膜中。
第一個見解出現在 1970 年代初期，當時索利斯和科斯特利茨一起推翻了長期以來的共識，即由於熱波動，即使在絕對零度下，超導性（無電阻的電流流動）和超流性（一種具有零摩擦的流體）等相變根本不會發生在二維繫統中。他們反而發現，冷的二維繫統實際上可以透過一種完全不可預測的現象發生相變，即在非常低的溫度下形成成對的渦流，然後在溫度超過一定的熱閾值時突然分離。這種“KT 轉變”（代表“科斯特利茨-索利斯”）是普遍的，已被用於研究薄膜中的超導性，以及解釋為什麼超導性在較高溫度下會消散。
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接下來，在 1980 年代，索利斯和霍爾丹分別研究了量子系統中電的電導率如何遵循拓撲規則。索利斯的工作研究了量子霍爾效應，這是一種先前已知的現象，其中半導體薄層中的強磁場和低溫會導致電導率僅以精確的整數步長而不是連續變化。直到索利斯推測這種系統中的電子正在形成所謂的拓撲量子流體，集體行動僅以整數步長流動時，這種現象才得以解釋。霍爾丹獨立地表明，即使在沒有強磁場的情況下，拓撲量子流體也可以在半導體層中形成，這基於他早期對磁化原子的一維鏈中類似拓撲行為的預測。
索利斯和霍爾丹的工作共同提供的見解已被證明在開發和理解拓撲絕緣體方面至關重要，拓撲絕緣體是一種新型物質，它阻止電子在其內部流動，同時在其表面傳導電流。這種獨特的特性可以使拓撲絕緣體用於尋找新型基本粒子，並用於在量子計算機內形成電路。科學家們已經在討論，在某些情況下還在製造其他更奇異的材料，即拓撲超導體和拓撲金屬，它們在計算和電子學方面都具有巨大的新應用潛力。
霍爾丹在電話採訪中說：“這項工作告訴我們，量子力學的行為可能比我們想象的要奇怪得多，而且我們還沒有真正理解所有可能性。” “我們還有很長的路要走才能發現什麼是可能的，而很多事情都是人們最初不會夢想到的。”