我们的物理三维世界只由两种粒子组成:玻色子，包括光和著名的希格斯玻色子;费米子——质子、中子和电子构成了所有的“物质”，包括在座的各位。
然而，像哈佛大学乔治·瓦斯默·莱弗里特物理学教授Ashvin Vishwanath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，在二维环境中，各种新的粒子和物质状态都有可能出现。
Vishwanath的团队使用一种名为量子处理器的强大机器，首次制造了一种名为非阿贝尔拓扑秩序的全新物质阶段。以前只在理论上得到认可，这个团队展示了一种被称为非阿贝尔任意子的奇异粒子的合成和控制，它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quantum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Kenneth C. Griffin艺术与科学研究生院22岁的学生Nat Tantivasadakarn，现在在加州理工学院，以及博士后Ruben Verresen。
非阿贝尔任意子，被物理学家称为准粒子，只有在二维平面上才有可能存在。限定词“准”指的是这样一个事实，即它们不是确切的粒子，而是通过物质的特定阶段(比如海浪)产生的长期激发，而且它们具有特殊的承载记忆的能力。
除了创造物质的新阶段是令人兴奋的基础物理学之外，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。
非阿贝尔任意子本质上是稳定的，不像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。它们可以在彼此移动的时候“记住”自己的过去，就像魔术师在杯子里洗藏着的球一样。这种特性也使它们具有拓扑性，或者能够弯曲和扭曲而不会失去其核心身份。
基于所有这些原因，如果能够在更大的尺度上创造和控制非阿贝尔任意子，有朝一日可能会制造出理想的量子位——计算能力远远超出当今经典计算机的单位。
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。”“这样就在很大程度上缓解了噪音问题。”
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。为了最大限度地发挥量子最新的H2处理器的能力，研究小组从一个由27个捕获离子组成的晶格开始。他们使用局部的、有针对性的测量来依次增加量子系统的复杂性，有效地得到了一个工程量子波函数，它具有他们所追求的粒子的确切性质和特征。
维什瓦纳特说:“测量是量子力学中最神秘的方面，导致了著名的悖论，如Schr?dinger的猫和无数的哲学辩论。”“在这里，我们使用测量作为工具来雕刻感兴趣的量子态。”
作为一名理论家，维什瓦纳特珍惜在不同的物理学观点和应用之间跳跃的能力，而不是被束缚在一个平台或技术上。但在这项工作的背景下，他惊叹于不仅探索了一个理论，而且实际上证明了它，特别是在量子力学领域进入100周年之际。
维什瓦纳特说:“至少对我来说，这一切都很神奇，我们可以做一些非常具体的事情。”“多年来，它确实连接了物理学的许多不同方面，从基础量子力学到这些新粒子的最新想法。”
本文由哈佛大学官方报纸《哈佛公报》提供。更多大学新闻，请访问harvard。edu。
