Nature: фракционные экситоны могут разработать мощные квантовые компьютеры

Ученые из Брауновского университета открыли новый класс частиц с необычными квантовыми свойствами. Эти частицы, называемые фракционными экситонами, могут существенно расширить понимание квантового мира и даже открыть новые горизонты в квантовых вычислениях. Работа опубликована в журнале Nature.

Фракционные экситоны были обнаружены в ходе исследований, связанных с дробным квантовым эффектом Холла.

Этот эффект проявляется, когда магнитное поле воздействует на проводник с электрическим током, создавая напряжение. В классическом эффекте Холла напряжение увеличивается целочисленными скачками, а в дробном эффекте Холла эти скачки являются дробными долями заряда электрона.

Для проведения эксперимента ученые создали структуру, состоящую из двух слоев графена, разделенных кристаллом из гексагонального нитрида бора, что позволило тщательно контролировать движение электрических зарядов. В этих условиях были получены экситоны — пары, состоящие из электрона и "дыры" (отсутствие электрона). Под действием очень сильных магнитных полей ученые наблюдали фракционные экситоны, которые проявляли необычные свойства.

Обычно частицы делятся на два типа: бозоны и фермионы. Бозоны могут находиться в одном и том же квантовом состоянии без ограничений, а фермионы следуют принципу Паули, который запрещает двум фермионам занимать одно и то же состояние. Однако фракционные экситоны сочетали свойства и бозонов, и фермионов, что сделало их чем-то средним между этими типами частиц.

Команда планирует продолжить изучать, как фракционные экситоны взаимодействуют и выяснить, возможно ли контролировать их поведение. По мнению ученых, это может повлиять на разработку более быстрых и надежных квантовых компьютеров в будущем.