Το φορτίο του ηλεκτρονίου θεωρείται σταθερό, αλλά υπό συνθήκες ψύξης κοντά στο απόλυτο μηδέν και παρουσία ισχυρού μαγνητικού πεδίου σε μια δισδιάστατη δομή, τα ηλεκτρόνια οργανώνονται σε συλλογικές καταστάσεις «οιασεί σωματιδίων» με κλασματικό φορτίο. Η νέα μελέτη, δημοσιευμένη στο περιοδικό «Physical Review Letters» από ερευνητές των ινστιτούτων EPFL, Weizmann και του Πανεπιστημίου Princeton, εστίασε στην κλασματική κβαντική κατάσταση Hall με ν = 1/2.
Μέτρηση του κλασματικού φορτίου
Οι επιστήμονες μελέτησαν ηλεκτρόνια περιορισμένα σε μια στρώση αρσενικούχου γαλλίου πλάτους 70 νανομέτρων. Χρησιμοποιώντας μια στενή δίοδο που ονομάζεται κβαντική επαφή σημείου, εξέτασαν τον θόρυβο βολής (shot noise) που προκαλείται από την τυχαία διέλευση των φορέων φορτίου.
Η μέτρηση πραγματοποιήθηκε ανεξάρτητα σε δύο διαφορετικά εργαστήρια, στο EPFL και στο Ινστιτούτο Weizmann, με τη χρήση δύο παρόμοιων συσκευών. Και οι δύο μετρήσεις συμφώνησαν ότι τα σωματίδια φέρουν φορτίο σχεδόν ίσο με το ένα τέταρτο του ηλεκτρονίου (0.250 ± 0.013 στη μία συσκευή και 0.249 ± 0.018 στην άλλη), επιβεβαιώνοντας την τιμή e/4.
Σημασία για τους τοπολογικούς κβαντικούς υπολογιστές
Η συγκεκριμένη κατάσταση διατηρείται σε θερμοκρασίες έως και λίγων βαθμών Κέλβιν και θεωρείται ότι διαθέτει μη αβελιανές ιδιότητες. Στα μη αβελιανά συστήματα, η κβαντική πληροφορία αποθηκεύεται στη συνολική γεωμετρία της διάταξης και όχι σε ένα μεμονωμένο σημείο, παρέχοντας προστασία από τοπικά ελαττώματα και περιβαλλοντικό θόρυβο.
Η δυνατότητα μετακίνησης αυτών των σωματιδίων μεταξύ τους ανοίγει τον δρόμο για τη δημιουργία τοπολογικών κβαντικών υπολογιστών με ανθεκτικότητα απέναντι στα σφάλματα.
