以色列魏茨曼研究院物理学家首次证实了带有1/4电荷准粒子的存在。这一发现为制造出一种功能更强大、性能更稳定的异型量子计算机迈出了第一步。

 

早在20年前，科学家就第一次预言了分数电荷存在于量子霍尔效应环境中，魏茨曼研究院的科研小组十几年前也发现了分数电荷。虽然电子是不可分割的，但如果它们被限制在半导体内的二维层，冷却到绝对零度以上的一定温度并暴露在与层相垂直的强磁场中时，它们就可以作为独立的粒子——准粒子来行动，这个准粒子带有的电荷比1个电子电荷要小。但到目前为止，科学家发现这些电荷数通常只为1个电子的奇数分之一，如1/3、1/5等。

 

这个1/4电荷准粒子的发现要归功于一次特别精确的设置和研究人员制作的世界上最纯净的半导体材料砷化镓的独特性能。研究人员调节二维层中的电子密度，将30亿个电子局限在1平方毫米的空间内，这样每2个磁通量就有5个电子。研究人员制作的设备就像一个中间带有细腰的平底沙漏，这个细腰一次只允许少量的带电粒子通过。一些粒子通过、其他粒子反弹回来产生的“散粒噪声”引起了电流波动，这个电流和通过的电荷数成正比，由此研究人员就能准确地测量出准粒子的电荷数。

 

带有1/4电荷的准粒子的行为与那些带有奇数分之一电荷的准粒子十分不同，因而被科学家看作是“拓扑量子计算机”的理论基础。当电子、光子或是带有奇数分之一电荷的粒子和另外一个粒子交换位置时，不会产生多大的整体效应。相比而言，1/4电荷准粒子的位置交换可编织出一个能保留粒子历史信息的“辫子”。为对基于拓扑理论的量子计算机有用，这些1/4电荷粒子必须表现出具有“非阿贝尔”特性，也就是编织的次序必须非常显著。要观察到这些微妙的特性是极其困难的。目前研究人员正在设计实验装置来测试这些特性。