傳統量子分類面臨挑戰

原標題：物理學家發現新型量子粒子！表現介于玻色子費米子之間 | Nature
文章來源：量子位
內容字數：5200字

新型量子粒子“分數激子”登上Nature：挑戰傳統量子分類，或革新量子計算

美國布朗大學物理學家近期在Nature期刊發表論文，宣布發現一種新型量子粒子——“分數激子”。這種粒子既不屬于玻色子，也不屬于費米子，其行為介于兩者之間，挑戰了傳統的量子分類，并有望徹底改變量子計算。

1. 分數激子的獨特之處

自然界的基本粒子通常被分為玻色子（自旋為整數）和費米子（自旋為半整數）兩類。玻色子可以共享相同量子態，而費米子遵循泡利不相容原理。然而，“分數激子”卻打破了這一分類。它攜帶分數電荷，并同時展現出玻色子和費米子的特征，類似于“任意子”，但又具有其獨特的屬性。這代表了一種全新的、具有獨特量子屬性的粒子類型。

2. 分數量子霍爾效應與分數激子的關聯

研究人員在分數量子霍爾效應(FQHE)體系中發現了“分數激子”。FQHE是一種在低溫強磁場條件下出現的量子現象，其中電荷的增加方式是電子電荷的一小部分，出現了帶分數電荷的激發態。實驗中，研究人員利用雙層石墨烯結構，在極強磁場下觀察到了這種新型粒子。他們發現了兩種全新的FQHE狀態，并通過完美的拖曳響應證實了激子配對的存在。

3. 實驗結果及分析

研究人員通過調整關鍵參數，誘導出了激子配對，觀察到一系列新的FQHE狀態。這些狀態在不同幾何結構下表現出獨特的行為，例如在平行流幾何結構中體電導消失，而在拖曳幾何結構中拖曳比達到完美1。他們還發現，激子的行為取決于特定的結構和參數，有的遵循玻色統計規律，有的則表現出費米統計規律或任意子行為。

4. 未來應用前景

這項突破性發現可能為解鎖一系列物質的新量子相開辟道路，并通過提供獨特的操控量子狀態的方法來增強量子計算。研究人員指出，“分數激子”未來或有助于改進量子層面的信息存儲和處理方式，帶來更快、更可靠的量子計算機。 網友們也認為，一旦量子層面的信息存儲和處理方式取得突破，將如同獲得未來科技的。

5. 總結

“分數激子”的發現是量子物理學領域的重大突破，它不僅擴展了我們對量子世界的理解，也為量子計算等領域帶來了新的可能性。這項研究為未來量子科技的發展提供了新的方向和思路。

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