Le monde quantique est plein de surprises : si l'on échange deux électrons, leur fonction d'onde commune ne change que de signe, et si l'on échange deux photons, il ne se passe rien du tout. Mais il existe des particules qui, lorsqu'elles échangent leurs places, se comportent tout à fait différemment — comme si elles se souvenaient d'avoir été permutées. Ces particules sont appelées anyons, et elles ne sont possibles que dans un monde bidimensionnel.
Dans ce nouveau travail, les physiciens ont étudié l'état de l'effet Hall quantique fractionnaire au facteur de remplissage 5/2. On pense que des anyons non abéliens existent dans cet état. Les anyons ordinaires (abéliens), lorsqu'ils échangent leurs places, ajoutent simplement une phase à la fonction d'onde — comme si deux fils se tordaient simplement lors du tressage d'une natte. En revanche, les anyons non abéliens, lors d'un échange, transforment tout l'état du système — comme si le motif final dépendait de l'ordre dans lequel les fils sont entrelacés.
Les expérimentateurs ont utilisé une astuce : ils ont mesuré le bruit de courant lors d'une faible séparation d'un canal de bord unidimensionnel très dilué. Ce bruit provient de la transmission ou de la réflexion aléatoire des quasi-particules. Il s'est avéré que le bruit du canal chargé « inférieur » correspond à des anyons abéliens, tandis que le bruit du canal neutre « supérieur » correspond à des anyons non abéliens. Les calculs pour l'ordre topologique « particle-hole Pfaffian » concordent avec les mesures.
C'est la première fois que le tressage non abélien a pu être observé expérimentalement. Auparavant, les physiciens avaient déjà démontré le tressage abélien au facteur 1/3, et maintenant ils ont fait un pas vers des états plus exotiques. Ces quasi-particules pourraient devenir la base d'ordinateurs quantiques topologiques, où l'information est stockée dans des « motifs de tressage » et souffre donc moins du bruit.
Les anyons ne peuvent exister que dans un monde bidimensionnel. Dans notre espace tridimensionnel, l'échange de deux particules donne toujours soit un changement de signe (fermions), soit rien (bosons), alors que dans un monde plat, des options intermédiaires sont possibles.
L'idée d'utiliser le tressage des anyons pour le calcul quantique rappelle les histoires d'ordinateurs topologiques de la science-fiction, où l'information est encodée dans des nœuds et des tresses plutôt que dans des bits.