量子技术|新证据表明，量子世界比预想中更奇特
北京联盟_原题是：新证据表明 ， 量子世界比预想中更奇特
研究人员认为 ， 干涉图样中的跃迁证实了任意子的存在 。
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准粒子“任意子”具有异于其他亚原子粒子的特征 ， 例如分数电荷和分数统计量 。后者通过诱导量子力学相位变化 ， 可维持它们与其他准粒子相互作用的“记忆” 。
美国普渡大学的科学家们于当地时间9月3日在《自然?物理学》杂志报道了一项新的实验证据 ， 证实电子的集体行为可以形成任意子 。
博士后研究助理James Nakamura在团队成员的协助下 ， 在Michael Manfra教授的实验室中发现了这一奇特现象 。Manfra教授表示 ， 尽管这项研究最终可能与量子计算机的发展息息相关 ， 但就目前而言 ， 它为理解准粒子物理学奠定了坚实的基础 。
2020年以来 ， 证实任意子存在的证据不断涌现 。在此之前 ， 物理学家将已知粒子分为了两类：费米子和玻色子 。电子属于费米子 ， 而构成光和无线电波的光子属于玻色子 。费米子和玻色子的重要区别在于 ， 当粒子相互环绕时 ， 反应方式是不同的 。任意子的反应更加奇特 ， 它好像是带分数电荷的 。更有趣的是 ， 当它们相互缠绕时 ， 会产生非凡的相变 ， 这会赋予任意子关于相互作用的“记忆” 。
Manfra解释说：“任意子只会在特殊情况下 ， 以电子的集体激发态存在 。你会感兴趣的是 ， ‘它们的电荷怎么会比电子的基本电荷还少呢？’玻色子或费米子交换时 ， 会分别产生一个+1或-1的相位因子 。而任意子产生的相位因子是2π/3 。”
Nakamura表示 ， 任意子只会在电子群聚时表现出这种行为 。因此很多研究人员认为它在自然界中无法孤立存在 。
Nakamura说：“在物理世界中 ， 我们通常考虑的是质子、电子等基本粒子 。我们研究的准粒子 ， 是在某些极端条件下的电子海洋中诞生的 。”
任意子的行为取决于相互环绕的次数 ， 它们的性质比其他量子粒子更加稳定 。这种拓扑特征 ， 有可能催生更复杂的任意子结构以用于构建稳定的拓扑量子计算机 。
Nakamura等设计了一种砷化镓和砷化铝制成的干涉仪 。在极端低温和高强磁场作用下 ， 他们让电子在干涉仪迷宫般的纳米结构中运动 。干涉仪的电阻产生了一种“睡衣纹”干涉图样 。研究人员认为 ， 干涉图样中的跃迁 ， 是任意子存在的标志 。
【量子技术|新证据表明，量子世界比预想中更奇特】Manfra表示 ， 准粒子研究前沿的下一阶段将涉及更复杂的干涉仪制作 。他说：“在新的干涉仪中 ， 我们将能控制准粒子的位置和数量 ， 进而按需改变干涉图样 。”
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