作者:布朗大学
学分:布朗大学
布朗大学的一组研究人员展示了一种探测任意子性质的新方法，任意子是一种奇怪的准粒子，可能在未来的量子计算机中有用
在发表在《物理评论快报》杂志上的研究中，该团队描述了一种通过测量任何子传导热量的方式的微妙特性来探测它们的方法
尽管其他方法利用电荷探测这些粒子，但这种新方法使研究人员能够探测非导电材料中的任意子
研究人员表示，这一点至关重要，因为非导电系统对温度的要求远没有那么严格，这使得它们成为量子计算更实用的选择
布朗大学的物理学教授、该研究的合著者马頔·费尔德曼说:“我们有很好的方法利用电荷探测任意子，但问题是如何在绝缘系统中探测到它们，这在拓扑量子计算中非常有用。”
“我们表明，这可以通过热传导来实现
本质上，这是对在任何物质状态下工作的任何子的普遍测试
" 任意子之所以有趣，是因为它们不像日常三维世界中的粒子那样遵循相同的规则
在三维空间中，只有两大类粒子:玻色子和费米子
玻色子遵循所谓的玻色-爱因斯坦统计，而费米子遵循费米-狄拉克统计
一般来说，这些不同的统计规则意味着，如果一个玻色子在量子系统中围绕另一个玻色子运行，粒子的波函数——完全描述其量子状态的方程——不会改变
另一方面，如果一个费米子围绕另一个费米子运行，其波函数的相位值就会从正整数翻转到负整数
如果它再次绕轨道运行，波函数会回到它的初始状态
只出现在二维系统中的任意子不遵循任何一条规则
当一个任意子围绕另一个任意子运行时，它的波函数会改变整数的几分之一
而另一个轨道不一定能恢复波函数的原值
相反，它有了一个新的价值——几乎就好像粒子保持着与另一个粒子相互作用的“记忆”，即使它最终回到了它开始的地方
对过去相互作用的记忆可以用来以一种健壮的方式编码信息，这就是为什么粒子是量子计算的有趣工具
量子计算机有望执行某些类型的计算，而这对于今天的计算机来说几乎是不可能的
使用任意子的量子计算机——被称为拓扑量子计算机——有可能在没有复杂纠错的情况下运行，这是寻找可用量子计算机的主要绊脚石
但是使用任意子进行计算需要首先能够通过探测它们的量子统计来识别这些粒子
去年，研究人员第一次用一种被称为电荷干涉测量的技术做到了这一点
本质上，任意子围绕着彼此旋转，导致它们的波函数偶尔互相干扰
干涉的模式揭示了粒子的量子统计
研究人员说，这种利用电荷探测任意子的技术在导电系统中工作得很好，但它不能用来探测不导电系统中的任意子
非导电系统在比导电系统更高的温度下可能有用，导电系统需要接近绝对零度
这使得它们成为拓扑量子计算中更实用的选择
在这项新的研究中，费尔德曼与布朗大学研究生朱泽·魏和布朗大学物理学教授、实验学家维斯纳·米特洛维奇合作，费尔德曼在2017年首次加入了一个测量任意子热导的团队
魏、费尔德曼和表明，比较蚀刻在非常特殊的几何形状中的二维固体的热传导特性可以揭示这些系统中任意子的统计
米特洛维奇说:“这两种几何形状的热传导的任何差异都将是分数统计的确凿证据。”
“这项研究确切地展示了人们应该如何在实验室里进行实验来测试这些奇怪的统计数据
" 最终，研究人员希望这项研究朝着理解任意子的奇怪行为是否真的可以用于拓扑量子计算迈出了一步
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
