最近，中國科學院院士、中國科學技術大學教授潘建偉及其同事苑震生、陳宇翱等在國際上首次通過量子調控的方法，在超冷原子體系中發(fā)現了拓撲量子物態(tài)中的準粒子——任意子，并通過主動控制兩類任意子之間的交換和編織，證實了任意子的分數統(tǒng)計特性，向著實現拓撲量子計算的方向邁出了重要一步。近日，國際權威學術期刊《自然-物理學》以研究長文的形式在線發(fā)表了這項重要研究成果。 XE<5(  
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　　組成物質世界的基本粒子通常根據其攜帶的自旋分為兩類，即自旋為整數的玻色子（如光子）和自旋為半整數的費米子（如電子）。然而，1977年，挪威科學家Leinaas和Myrheim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)計之間的新的分數統(tǒng)計。由這類奇異粒子構成的物理系統(tǒng)，其波函數在兩粒子坐標交換的情況下不體現對稱或反對稱性，而是獲得一個任意的相位因子。因此，美國物理學家、2004年諾貝爾物理學獎得主Wilczek將該類準粒子命名為任意子（Anyon）。 vnQFq  
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　　任意子的理論被提出后不久，物理學家就在實驗上捕捉到了它的蹤跡。1982年，美國華裔科學家崔琦等在二維電子氣中發(fā)現分數量子霍爾效應，也借此獲得1998年的諾貝爾物理學獎；之后，國際上一些研究小組又通過一系列實驗觀測到任意子具有分數電荷的特征，并發(fā)現這些分數的大小與材料的拓撲性質有關：材料的拓撲性質不同，產生的分數拓撲相位也跟著變化。然而，如何直接實驗觀測任意子交換時產生的拓撲相位進而驗證其分數統(tǒng)計特性，一直是一個巨大的實驗挑戰(zhàn)。 t`|Rn9-  
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　　1997年，正在人們著迷于研究任意子的基本物理性質的時候，時任朗道理論物理所研究員、2016年基礎科學突破獎得主Kitaev提出另一個大膽的想法：能否利用拓撲材料作為量子比特從物理層面抑制退相干從而保護量子比特，并操控材料中的任意子進行量子計算？他隨即發(fā)展了一套基于任意子編織的拓撲量子計算理論，很快引起了量子物理學家的關注。之后的理論研究表明，拓撲量子計算的容錯能力比之前最好的基于糾錯碼的量子計算提升了約3個數量級，達到了約1%，該容錯率是目前實驗技術能夠達到的水平，這極大地激發(fā)了科學家們研制量子計算機的熱情。 [qRww]g;P|  
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　　潘建偉研究團隊十多年前就開始了拓撲量子計算的實驗研究并取得了一系列研究成果，這包括使用六光子糾纏態(tài)模擬了任意子交換的分數統(tǒng)計特性[Phys. Rev. Lett. 102, 030502 (2009)]和使用八光子糾纏態(tài)構建了拓撲量子糾錯碼[Nature 482, 489 (2012)]。上述實驗中，由于光子之間不存在相互作用，并未形成Kitaev模型中的拓撲物態(tài)，因此在物理層面不具備拓撲保護能力。能否實驗制備Kitaev模型所描述的拓撲物態(tài)并觀測其中的任意子統(tǒng)計，成為量子信息科學中亟待解決的一個重大問題。 nKr'cb  
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