物质的新阶段：物理学家首次在量子处理器中演示非阿贝尔任意子

我们的物理三维世界只由两种类型的粒子组成：玻色子，包括光和著名的希格斯玻色子；费米子——包括质子、中子和电子在内的所有“物质”

然而，像哈佛大学的乔治·瓦斯默·勒维特物理学教授阿什文·维什瓦纳特这样的理论物理学家不喜欢把自己局限于我们的世界。例如，在2D环境中，各种新的粒子和物质状态都将成为可能

Vishwanath的团队首次使用一种名为量子处理器的强大机器制造了一种全新的物质相，称为非阿贝尔拓扑序。此前仅在理论上得到认可，该团队证明了被称为非阿贝尔任意子的奇异粒子的合成和控制，这些粒子既不是玻色子也不是费米子，而是介于两者之间的东西

他们的研究结果与量子计算公司Quantinum的研究人员合作发表在《自然》杂志上。Vishwanath的团队包括前哈佛大学肯尼斯·C·格里芬文理研究生院22岁的学生Nat Tantivasadakarn和博士后Ruben Verresen

物理学家称之为准粒子的非阿贝尔任意子，只有在二维平面上才有数学可能。限定词“准”指的是这样一个事实，即它们并不完全是粒子，而是通过物质的特定阶段（比如海浪）进行的长期激发，并且它们具有特殊的记忆携带能力

除了创造一个新的物质相是令人兴奋的基础物理学这一事实之外，非阿贝尔任意子已被广泛认为是量子计算的潜在平台，这为研究成果注入了更大的意义

与其他量子计算平台上脆弱且容易出错的量子比特或量子位不同，非阿贝尔任意子本质上是稳定的。当他们相互移动时，他们可以“记住”自己的过去——就像魔术师用隐藏的球搅乱杯子一样。这一特性也使它们具有拓扑性，或者能够在不失去核心身份的情况下弯曲和扭曲

由于所有这些原因，如果非阿贝尔任意子能够在更大的范围内被创建和控制，那么它们有朝一日可能会成为理想的量子位——远远超出当今经典计算机的计算能力单位

Tantivasadakarn说：“稳定量子计算的一个非常有前途的途径是使用这些奇异的物质状态作为有效的量子比特，并用它们进行量子计算。”。“那么你在很大程度上缓解了噪音的问题。”

研究人员运用了一些顽强的创造力来实现他们的奇异物质状态。该团队最大限度地发挥了Quantinum最新H2处理器的功能，从27个捕获离子的晶格开始。他们使用部分、有针对性的测量来依次增加量子系统的复杂性，最终有效地获得了一个工程量子波函数，该函数具有他们所追求的粒子的确切性质和特征

“测量是量子力学最神秘的方面，导致了著名的悖论，如薛定谔的猫和无数的哲学辩论，”Vishwanath说。“在这里，我们使用测量作为一种工具来塑造感兴趣的量子状态。”

作为一名理论家，Vishwanath珍视在不同的物理思想和应用之间来回切换的能力，而不必拘泥于一个平台或技术。但在这项工作的背景下，他惊叹于不仅能够探索一个理论，而且能够实际证明它，特别是在量子力学领域进入第100个年头之际

Vishwanath说：“至少对我来说，这一切都很有效，我们可以做一些非常具体的事情，这真是太神奇了。”。“多年来，它确实将物理学的许多不同方面联系在一起，从基础量子力学到这些新型粒子的最新想法。”