Физики зарегистрировали квазичастицы, заряд которых равен одной четверти заряда электрона

Ученые из Института Вейцмана и Федеральной политехнической школы Лозанны независимо друг от друга подтвердили существование квазичастиц с зарядом равным одной четверти заряда электрона.

Электрон невозможно разделить на части, но в ультратонких пленках и особых условиях коллективное поведение электронов может порождать квазичастицы. Две независимые группы исследователей подтвердили возникновение квазичастиц с дробным зарядом.

Эксперименты проходили с использованием ультрачистого арсенида галлия, охлажденного до сверхнизких температур в сильном магнитном поле. Результаты обоих экспериментов совпали с высокой точностью: один прибор показал заряд 0,250 e, а второй – 0,249 e. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters.

Если зажать электроны в ультратонкий "плоский" слой и поместить в мощное магнитное поле, они начинают вести себя как единое целое. Физики предполагают, что на плоскости возможны уникальные объекты – анионы. Если переплетать их траектории, они "запоминают" порядок этих движений, образуя нечто похожее на косы. Это свойство делает анионы идеальной основой для защищенных топологических квантовых компьютеров.

Главная проблема современных квантовых систем – их крайняя хрупкость: случайный нагрев или магнитный шум уничтожают данные. В анионном компьютере информация хранится не в отдельных точках, а в самой геометрии "плетения кос". Небольшие внешние помехи не могут разорвать эти узоры, что создает естественную защиту от ошибок.

Обнаружение квазичастиц с дробным зарядом показывает, что электроны перешли в сложное коллективное состояние. Это значит, что физики смогли создать нужную квантовую среду, в которой, согласно теории, и должны существовать анионы. Это важный шаг к созданию надежной квантовой памяти.

Авторы работы отмечают: "Впервые в истории этой области две независимые группы измерили одинаковые значения дробного заряда. Исследованное квантовое состояние уникально тем, что сохраняется при температурах до нескольких кельвинов и может стать новой платформой на основе арсенида галлия для создания топологических квантовых компьютеров с надежной памятью".