שני ניסויים עצמאיים: פיזיקאים זיהו קוואזי-חלקיקים שמטענם רבע ממטען האלקטרון

מדענים ממכון ויצמן ומבית הספר הפוליטכני הפדרלי בלוזאן אישרו, באופן בלתי תלוי זה בזה, את קיומם של קוואזי-חלקיקים שמטענם שווה לרבע ממטען האלקטרון.

אי אפשר לפצל אלקטרון לחלקים, אך בסרטים דקים במיוחד ובתנאים מיוחדים ההתנהגות הקולקטיבית של האלקטרונים עשויה להוליד קוואזי-חלקיקים. שתי קבוצות מחקר עצמאיות אישרו את היווצרותם של קוואזי-חלקיקים בעלי מטען שברי.

הניסויים נערכו בארסניד גליום אולטרה-טהור שקורר לטמפרטורות נמוכות במיוחד בשדה מגנטי חזק. תוצאות שני הניסויים חפפו בדיוק רב: מכשיר אחד הראה מטען של 0.250 e, והשני – 0.249 e. העבודה פורסמה בכתב העת Physical Review Letters.

אם צובטים אלקטרונים בשכבה "שטוחה" דקה במיוחד וממקמים אותם בשדה מגנטי עוצמתי, הם מתחילים להתנהג כמכלול אחד. פיזיקאים משערים שעל המשטח אפשריים עצמים ייחודיים – אניונים (anyons). אם שוזרים את מסלוליהם, הם "זוכרים" את סדר התנועות האלה ויוצרים משהו הדומה לצמות. תכונה זו הופכת את האניונים לבסיס אידיאלי למחשבים קוונטיים טופולוגיים מוגנים.

הבעיה המרכזית של מערכות קוונטיות מודרניות היא השבריריות הקיצונית שלהן: חימום מקרי או רעש מגנטי מוחקים את הנתונים. במחשב אניוני המידע נשמר לא בנקודות נפרדות, אלא בגאומטריה עצמה של "שזירת הצמות". הפרעות חיצוניות קטנות אינן יכולות לקרוע את התבניות הללו, וכך נוצרת הגנה טבעית מפני שגיאות.

גילוי קוואזי-חלקיקים בעלי מטען שברי מראה שהאלקטרונים עברו למצב קולקטיבי מורכב. משמעות הדבר היא שהפיזיקאים הצליחו ליצור את הסביבה הקוונטית הדרושה, שבה, על פי התיאוריה, אמורים להתקיים אניונים. זהו צעד חשוב לקראת יצירת זיכרון קוונטי אמין.

מחברי העבודה מציינים: "לראשונה בתולדות התחום הזה, שתי קבוצות עצמאיות מדדו ערכים זהים של מטען שברי. המצב הקוונטי שנחקר ייחודי בכך שהוא נשמר בטמפרטורות של עד כמה קלווינים ועשוי להפוך לפלטפורמה חדשה המבוססת על ארסניד גליום ליצירת מחשבים קוונטיים טופולוגיים עם זיכרון אמין".