麻省理工的一个新发现，将可能创造一种更稳定更强大的新型量子比特，成为未来量子计算的核心，彻底改变量子计算机的研发方向。这一切的基础，来自于一个神秘的量子现象，电子，这个我们再熟悉不过的基本粒子，居然会"分裂"！
这就像有人告诉你，一个完整的苹果可以分裂成若干个碎片，每个碎片都不是普通的苹果块，而是具有完全不同于原始苹果的特性，你会相信吗？你可能觉得这完全是天方夜谭。但在量子世界里，电子就会发生类似的“分裂”现象。物理上，这就叫“电子分数化”。
电子并没有真的被剁成很多块，而是它的行为表现得像被“分裂”了一样，就是说它的量子态看起来像分成了几部分，每个部分都有不同的电荷和特性，看起来像是有多个电子。对我们来说，理解这些量子行为并不那么重要，最重要的是你要知道，这种“分数化”的电子可能成为量子计算中非常有潜力的“量子比特”，所以这个发现对量子计算来说是一个巨大的突破。
这些分裂出来的"碎片"，被科学家们称为"非阿贝尔任意子"的神秘粒子，有一种更离奇的反直觉特性，它们似乎有了某种"记忆"。也就是它们互相交换位置时，不仅会改变自身状态，还会"记住"整个交换过程。这就好比两个舞者在跳舞时，不仅会交换位置，还会永久地记住他们曾经跳过的每一个舞步。这种特性在物理学中前所未见。
而更意想不到的是，它们竟然表现出了惊人的稳定性，似乎能够轻松抵御外界的干扰，保持自己的量子态。这完全颠覆了我们对量子世界的认知！
你要知道，在量子计算领域，最大的敌人就是"量子退相干"——量子态非常容易因外界干扰而崩溃，导致计算中错误不断。就像在空中旋转的陀螺，任何微小的振动都可能导致它倒下。但这些非阿贝尔任意子却像戴着隐形护盾一样，能够很好地保护自己的量子信息。
科学家们很快就意识到，这个发现很可能会改写量子计算机的未来。但问题是：为什么这些粒子会表现出如此特殊的性质？答案就藏在它们的"拓扑性质"中。
在量子物理学中，拓扑性质就像是物质的"几何特征"，它不会因为外形的轻微变化而改变。就像一个甜甜圈，无论你如何揉捏它的形状，只要不把它撕破，中间的洞就永远存在——这就是拓扑保护。非阿贝尔任意子正是利用这种特性来保护它们的量子信息。
不过，科学家们虽然找到了量子计算的终极解决方案，但一个残酷的现实却浮出了水面：这些神奇的粒子只能在极端低温下存在。当温度升高时，它们就会像幽灵一样消失得无影无踪。
也就是说，和现在的超导量子比特及离子阱量子比特一样，它们仍需被冷冻到几乎完全绝对零度，才能应用于量子计算。不过可喜的是，它们比这两种主流量子比特更稳定，更强大，这就是这项研究最大的突破所在。
如果能够驾驭这些神秘的粒子，量子计算就可能进入一个全新的时代。不过现在，关于非阿贝尔任意子的许多谜团仍然未解：它们究竟是如何稳定存储量子信息的？为什么会表现出如此特殊的"记忆效应"？在更高温度下，是否存在类似的粒子？它们真的能成为下一代量子计算机的核心吗？
参考文献：
“Non-Abelian Fractionalization in Topological Minibands” by Aidan P. Reddy, Nisarga Paul, Ahmed Abouelkomsan and Liang Fu, 17 October 2024, Physical Review Letters. DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.166503
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