據(jù)中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)消息，該校潘建偉教授及其同事在國際上首次通過量子調(diào)控的方法，在超冷原子體系中發(fā)現(xiàn)了拓撲量子物態(tài)中的準粒子——任意子，證實了任意子的分數(shù)統(tǒng)計特性，向著實現(xiàn)拓撲量子計算的方向邁出了重要一步。日前，國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然·物理學(xué)》在線發(fā)表了這項重要研究成果。

　　基本粒子通常根據(jù)其攜帶的自旋分為兩類，即自旋為整數(shù)的玻色子和自旋為半整數(shù)的費米子。1977年，挪威學(xué)者提出一個令人驚訝的理論：在二維空間中存在某種粒子，其行為服從介于玻色統(tǒng)計和費米統(tǒng)計之間的新的分數(shù)統(tǒng)計。由這類奇異粒子構(gòu)成的物理系統(tǒng)，其波函數(shù)在兩粒子坐標交換的情況下不體現(xiàn)對稱或反對稱性，而是獲得一個任意的相位因子?？茖W(xué)家將該類準粒子命名為“任意子”。

　　然而，如何直接實驗觀測任意子交換時產(chǎn)生的拓撲相位進而驗證其分數(shù)統(tǒng)計特性，一直是一個巨大的實驗挑戰(zhàn)。針對這一重大問題，潘建偉研究團隊選擇了構(gòu)建人工量子晶體，研發(fā)了自旋依賴的超晶格系統(tǒng)來囚禁和操控超冷原子，并在晶格中巧妙地用光極化勢形成了有效磁場梯度，成功操控光晶格中約800個超冷原子，首次觀測到了四體環(huán)交換相互作用，并演示了對此相互作用進行量子調(diào)控的能力；通過微波反轉(zhuǎn)原子自旋的方法，實現(xiàn)了任意子之間的編織交換過程，并首次在光晶格體系中直接觀測到了任意子交換產(chǎn)生的分數(shù)拓撲相位。

　　該研究成果為人們進一步研究任意子的拓撲性質(zhì)提供了新的實驗平臺和手段，將推動拓撲量子計算和晶格規(guī)范場量子模擬領(lǐng)域的研究進展。量子信息領(lǐng)域的國際著名學(xué)者佐勒評價該工作：“這個系統(tǒng)顯現(xiàn)了任意子分數(shù)統(tǒng)計特性，是拓撲相存在的明白無誤的證據(jù)。”