物理学家们报告了哪些可能是第一个旨在存在不寻常的颗粒状物体的唯一证据,这些证据是在40多年前第一次提出的。Anyons是日益增长的现象的最新增加,称为Quasiparticles,这不是基本颗粒,而是是固体装置中许多电子的集体激励。他们使用2D电子设备的发现制造 - 可以代表迈向未来量子计算机基础的第一步。

“这看起来像是一个非常大的交易,”英国牛津大学理论物理学家史蒂文西蒙说。上周尚未对同行评审的结果发布在Arxiv预印象。

已知的Quasiparticles显示一系列异国情调的行为.例如,磁单极Quasipartiply只有一个磁极 - 与所有普通磁铁不同,这些磁铁总是有南部和南方。另一个例子是Majorana Quasipartiply.,这是他们自己的alparticles。

任何人更奇怪。所有基本粒子均以两种可能的类别和玻色子中的两种可能的类别之一。既不是。定义的费米子(包括电子)是Fermi统计:当两个相同的整个柑橘开关空间位置时,它们的量子机械波 - 波分函数旋转180º。当玻斯交换地点时,他们的波浪不会改变。切换两个Anton应该通过一些中角度产生旋转,这是一种效应,称为在3D空间中不能发生的分数统计,但仅作为电子的集体状态仅限于两个维度

分数统计

分数统计是Anyons的界定财产,印第安纳州西拉斐特普渡大学的实验物理学家Michael Manfra的最新工作领导 - 是第一次得出得出的衡量。

准粒子在交换位置时的异常行为意味着,如果一个粒子围绕另一个粒子做圆周运动——相当于两个粒子交换位置两次——它将在量子状态下保留这种运动的记忆。这种记忆是实验人员一直在寻找的分数统计的重要标志之一。

MANFRA和他的团队制造了一种由薄砷化镓和铝镓砷化铝层组成的结构。这限制了电子以两个尺寸移动,同时将它们从装置的其余部分屏蔽了它们的杂散电荷。然后,研究人员将其冷却至高于绝对零的10,000度,并添加了强磁场。这在称为“分数量子霍尔”(FQH)绝缘体的装置中产生了一种物质状态,其具有不可能在2D装置的内部运行的特殊性,而是可以沿着边缘运行。FQH绝缘体可以托管电荷不是电子电荷的额度的Quasiply,而是替代的是它的三分之一:这些Quasipallicles长期被怀疑是任何因素。

为了证明它们确实是任何因斯,该团队蚀刻了该装置,使得它可以沿着两个可能的边缘路径将电流从一个电极携带到另一个电极。通过改变磁场并添加电场来调整条件。这些调整预计将创建或销毁粘在内部的任何状态,以及在电极之间产生的任何态。由于移动的逆变具有两个可能的路径,因此当达到终点时,每个可能的路径在它们的量子机械波中产生不同的扭曲,它们的量子机械波产生了一种称为睡衣条纹的干涉图案。

该模式显示了如何响应于电压和磁场强度的变化而变化的相对旋转量。但干扰也展示了跳跃,这是吸烟枪,用于在大部分材料中的外观或消失。

据西蒙说,“据我所知,这是一个非常坚实的视图 - 直接观察他们的定义财产:当一个Anyon围绕另一个人时,他们积累了分数相位。”

这不是研究人员首次报告了分数统计的证据。诺基亚·贝尔实验室的物理学家罗伯特威廉(Robert Willett)新泽西州墨瑞山的物理学家表示,他的团队于2013年看到了分数统计的“有力证据”。

其他球队探讨了不同的财产,使得污染物和玻色子之间的中间体。费米子遵守保利排除原则:没有两个费米子可以占用完全相同的量子状态。但玻色子没有这种限制。anons在中间 - 他们做束,但不如玻色子那样,作为4月份描述的实验科学报道。“与我们还可以在同一建议中探讨的融色行为有所不同,”Sorbonne大学的实验主义者GwendalFève说,这是巴黎的努力。

量子计算

但是一些理论物理学家说,这些和其他实验中的证据虽然令人醒目,但没有得出决定。“在许多情况下,有几种方法可以解释实验,”德国莱比锡大学的炼金会理论家伯尔尼罗·罗森诺说。但是,如果确认,曼弗拉团队报告的证据是明确的,罗森诺说。“我不知道这个实验的解释,这是合理的并且不涉及分数统计。”

结果潜在地为Antons应用程序奠定了基础。西蒙和其他人已经开发了精心设计的理论,使用Antons作为量子计算机的平台。Quasiparticle对中的Quaparticle可以记住它们如何彼此圈出的记忆。因为分数统计是“拓扑” - 这取决于Anyon绕过另一个的次数,而不是对其路径的轻微变化 - 它不受影响的影响。这种稳健性可以使拓扑量子计算机更容易扩展,而不是电流计算技术,这是容易出错的。微软(雇用Manfra作为顾问)一直是追求量子计算的拓扑路径,而其他大公司则包括IBM,英特尔,谷歌和霍尼韦尔,已投入替代方法。

拓扑量子计算将需要比那些法文和同事们所示的更复杂的讨论;他的团队现在正在重新设计它的设备。仍然,Anyon应用程序是某种方式,研究人员警告。“即使在这个新的结果,也很难看到[分数量子大厅]作为量子计算的强大竞争者,”西蒙说。

但QuasiPally'独特的物理值得探索:“对我来说,作为一个凝聚力的理论家,他们至少与希格斯粒子一样迷人和异国,”罗森诺说。

本文已及其复制而成第一次出版2020年7月3日。