摘要：分数量子霍尔（FQH）效应是指电子在强磁场和二维空间中形成的特殊量子态，因其能够展现出分数电荷和奇异交换统计的准粒子——任意子，成为了凝聚态物理的研究热点。

分数量子霍尔（FQH）效应是指电子在强磁场和二维空间中形成的特殊量子态，因其能够展现出分数电荷和奇异交换统计的准粒子——任意子，成为了凝聚态物理的研究热点。

任意子具有阿贝尔和非阿贝尔两类，其中阿贝尔任意子的交换导致波函数相位变化，而非阿贝尔任意子则通过幺正变换演化波函数，为实现容错的拓扑量子计算提供了理论基础。然而，在实验中直接测量任意子编织相位一直面临挑战，尤其是在半导体基干涉仪中，由于库仑耦合效应的影响，难以准确提取相位。

成果简介

为了克服这一挑战，哈佛大学Thomas Werkmeister，James R. Ehrets，Philip Kim等团队在Science期刊上发表了题为“Anyon braiding and telegraph noise in a graphene interferometer”的最新论文。

科学家们提出了使用石墨烯基干涉仪来实现任意子编织的测量。石墨烯不仅具有优异的电调可控性，还能通过原子级平整的栅极减少库仑耦合，显著增强分数量子霍尔态的稳定性。同时，石墨烯在量子霍尔效应中的表现也使其成为理想的实验平台。通过高可见度的阿哈罗诺夫-玻姆干涉，研究者能够精确探测任意子编织的相位，并且成功地在单层石墨烯中实现了阿贝尔任意子的编织观察。

此外，最新的研究还表明，通过实时探测三态随机电报噪声（RTN），可以在ν = 1/3和4/3的分数量子霍尔态中直接观察到任意子编织相位，并通过阿哈罗诺夫-玻姆振荡信号重建了相位的变化。这些研究结果为任意子编织的实验验证提供了重要依据，并为进一步探索非阿贝尔任意子的干涉奠定了基础。

研究亮点

（1）实验首次在分数量子霍尔态中观察到任意子编织相位，得到了通过实时探测三态随机电报噪声（RTN）重建的三个相位偏移为2π/3的阿哈罗诺夫-玻姆振荡信号。这一结果为任意子编织的直接观测提供了新的实验证据。

（2）实验通过探测分数量子霍尔态中的任意子准粒子数波动，发现观察到的RTN噪声来源于这些波动。通过这些波动，重建了三个不同的干涉分支，分别对应于围绕n（模3）个任意子编织的干涉结果。该方法为研究阿贝尔任意子提供了新的视角，并具有扩展到非阿贝尔任意子干涉研究的潜力。

（3）实验中的结果展示了量子霍尔干涉仪在观测任意子编织相位中的有效性，尤其是在分数量子霍尔态下的应用。该研究为拓扑量子计算中的任意子编织提供了重要的实验支持，具有重要的理论和应用价值。

图文解读

图1.石墨烯分数量子霍尔fractional quantum Hall，FQH干涉仪电报噪声。

图2.在ν=1/3分支的Aharonov-Bohm磁场趋势。

图3.电报噪声与填充ν=1/3关系。

图4.温度相关的电报噪声和ν=1/3时的能见度。

总结展望

本文的研究为任意子编织相位的直接观测提供了重要的实验方法，特别是在分数量子霍尔态中通过三态随机电报噪声（RTN）探测准粒子波动，成功重建了阿哈罗诺夫–玻姆振荡信号。这一突破性进展不仅为研究阿贝尔任意子提供了新的视角，还为未来在偶分母分数量子霍尔态中测量非阿贝尔任意子编织奠定了基础。

实验中的RTN信号揭示了准粒子数波动对量子干涉的影响，为非阿贝尔任意子的动力学研究开辟了新的方向，尤其是在非阿贝尔状态中RTN的增强效应，可能对拓扑量子计算的实现起到关键作用。此外，通过对任意子慢平衡化过程的观察，研究为动态调控任意子数目提供了可能性，这对于构建拓扑量子比特具有重要意义。总之，本文的研究不仅推动了量子霍尔干涉仪技术的发展，还为拓扑量子计算和量子信息领域的前沿问题提供了新的实验思路和方法。

文献信息

Thomas Werkmeister et al. , Anyon braiding and telegraph noise in a graphene interferometer. Science,DOI:10.1126/science.adp5015

来源：MS杨站长