2026年9月23日——电子的电荷通常是固定的，就像一枚无法打碎成碎片的硬币。但如果将电子冷却到接近绝对零度，并置于强磁场下的二维层中，它们会组织成一种“准粒子”的集体态，这些准粒子似乎只携带电子电荷的一小部分。

这种状态被称为“分数量子霍尔效应”。其中少数被称为“偶数分母态”的状态引起了关注，因为一些理论预测，它们可能包含被称为“非阿贝尔任意子”的奇特准粒子。

为什么这些态令人感兴趣？因为它们的量子特性使其成为在容错（抗错误）拓扑量子计算机中存储和处理信息的理想候选。

现在，来自洛桑联邦理工学院（EPFL）的 Mitali Banerjee 团队、魏茨曼科学研究所的 Moty Heiblum 团队以及普林斯顿大学的 Mansour Shayegan 团队的科学家，研究了这样一种状态，即 ν = 1/2 分数量子霍尔态。该态形成于一层宽砷化镓中，而砷化镓被用于光电子学、无线通信，甚至太阳能电池板。他们的研究成果发表在《物理评论快报》上。

“在该领域历史上，两个不同的团队（魏茨曼和 EPFL）首次测量到相同的分数电荷值，”Banerjee 说。

研究人员着手回答一个关于 ν = 1/2 态的基本问题：它的准粒子携带什么电荷？为此，他们研究了限制在 70 纳米宽砷化镓层中的电子，每个器件都包含一个称为“量子点接触”的狭窄缩颈。

这个缩颈使研究人员能够部分散射穿过器件的准粒子，并测量由此产生的“散粒噪声”：当电流通过量子点接触时，单个电荷载流子以随机、断断续续的方式穿过，就像雨点打在屋顶上。由此产生的电“噪声”大小揭示了每个载流子输运多少电荷。

研究人员使用一种独特的蚀刻方法制造了点接触，然后在其周围沉积金属栅极，以微调可通过的电流量。他们在两个不同的实验室测试了两个几乎相同的器件（一个在 EPFL，一个在魏茨曼），并首先通过测量电荷为一个完整电子和三分之二个电子的已知态，确认他们的方法有效。

当他们将相同技术应用于 ν = 1/2 态时，两个器件给出了相同答案：这些粒子携带的电荷非常接近电子电荷的四分之一（一个器件为 0.250 ± 0.013，另一个为 0.249 ± 0.018）。二者都与电子电荷的四分之一，即 e/4，相符。

“这很重要，因为这里研究的量子霍尔态很特殊，它能在几开尔文下存续，而且据认为，它是砷化镓中已知的第二个具有特殊非阿贝尔性质的此类态，这些性质最终有望实现拓扑量子计算机，”Banerjee 说。

“非阿贝尔态就像一个结构蓝图，信息被存储于整体几何结构而非单个点中，从而确保不受局部结构缺陷或噪声影响。只需让这类粒子相互环绕，我们就能构建无误差的量子计算机。”