Некоторые типы anyons могут в конечном итоге быть полезными для создания лучших квантовых компьютеров.
В трехмерном мире, в котором мы живем, есть два класса элементарных частиц: бозоны и фермионы. Но в двух измерениях, предсказывают физики-теоретики, есть еще один вариант: anyons. Теперь ученые сообщают о новых доказательствах того, что они существуют и ведут себя в отличие от любой известной частицы. Используя крошечный «коллайдер», исследователи обвинили друг друга в предположении, что они могут подтвердить свою личность, сообщают физики в « Науке» от 10 апреля.
Некоторые типы anyons могут в конечном итоге быть полезными для создания лучших квантовых компьютеров.
Все известные элементарные частицы могут быть классифицированы как фермионы, так и бозоны. Электроны, например, являются фермионами. Бозоны включают фотоны, которые являются частицами света, и знаменитый бозон Хиггса , который объясняет, как частицы получают массу Два класса ведут себя по-разному: фермионы одиночки и избегают друг друга, в то время как бозоны могут объединяться.
Затем, около 40 лет назад, «теоретики предсказали, что в двумерном мире у вас могут появиться новые частицы с различным поведением, называемыми аньонами», - говорит физик Гвендал Фив из Лаборатории физической науки высшего образования в Париже.
Любые падают где-то посередине между бозонами и фермионами, не полностью избегая друг друга или слипаясь. Поскольку мы не живем в двух измерениях, Фев и его коллеги искали что-либо в двухмерном слое материала. Там любой может проявиться как «квазичастица», нарушение внутри твердого материала, который ведет себя как частицы . Такие квазичастицы могут образовываться, когда банды электронов эмулируют другую разновидность частиц, что-то вроде того, как стая рыб может скоординированно двигаться, имитируя странное мерцающее существо, сбивающее с толку хищников.
Ученые уже видели доказательства наличия анионов в двумерных материалах в сильном магнитном поле. Квазичастицы в этих материалах имеют заряд, который является долей электрона, как и предсказывалось для anyons. Но ученые еще не подтвердили, что квазичастицы полностью квалифицируются как анонимные: исследователи не видели ожидаемого группирования между бозонами и фермионами.
В новом эксперименте любые люди путешествовали в двухмерной плоскости, зажатой в слоистом материале. Исследователи создали два потока аньонов, направленных таким образом, чтобы они сталкивались в центре и затем выходили по одному из двух путей.
Если бы исследователи сталкивались с антисоциальными фермионами, частицы после их столкновения разошлись бы разными путями. Бозоны, с другой стороны, будут склоняться к тому же выходу. В эксперименте исследователи увидели комкование, но количество комков и то, как они менялись по мере того, как ученые изменяли скорость, с которой кто-либо отправлялся в коллайдер, соответствовало теоретическим прогнозам для аньонов.
«Это довольно убедительно. Это очень тщательно выполненный эксперимент, и это очень сложный эксперимент », - говорит физик-теоретик Бернд Розенов из Лейпцигского университета в Германии. В 2016 году он и его коллеги предложили такой эксперимент в исследовании в Physical Review Letters .
Физики предсказывают, что когда кто-нибудь меняет местами или обвивает друг друга, квантовые состояния квазичастиц изменяются. По словам физика Четана Наяка из Microsoft Quantum и Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, идентификация этого процесса, известного как плетение, позволила бы более полно обосновать существование аньонов.
Плетение некоторых типов аньонов может быть полезным методом для создания лучших квантовых компьютеров . Текущие версии этих компьютеров очень подвержены ошибкам, возникающим в расчетах. Подобно аккуратной косе, которая держит непослушные волосы на одной линии, плетеные чулки могут хранить информацию таким образом, чтобы она была устойчива к таким ошибкам.