Квантовый мир полон сюрпризов: если поменять местами два электрона, их общая волновая функция лишь меняет знак, а если поменять местами два фотона — вообще ничего не происходит. Но есть частицы, которые при обмене местами ведут себя совсем иначе — как будто запоминают, что их переставили. Такие частицы называют энионами, и они возможны только в двумерном мире.
В новой работе физики изучали состояние с дробным квантовым эффектом Холла при факторе заполнения 5/2. В этом состоянии, как считается, должны существовать неабелевы энионы. Обычные (абелевы) энионы при обмене местами добавляют к волновой функции просто фазу — как если бы две нити при плетении косички просто перекручивались. А неабелевы энионы при обмене местами преобразуют всё состояние системы — как будто от порядка перестановок нитей в косичке зависит, какой узор получится.
Экспериментаторы использовали хитрый приём: они измеряли шум тока при слабом разделении очень разреженного одномерного краевого канала. Такой шум возникает из-за случайного прохождения или отражения квазичастиц. Оказалось, что шум от «нижнего» заряженного канала соответствует абелевым энионам, а шум от «верхнего» нейтрального канала — неабелевым. Расчёты для топологического порядка «particle-hole Pfaffian» совпали с измерениями.
Это первый случай, когда неабелево плетение удалось увидеть в эксперименте. Раньше физики уже демонстрировали абелево плетение при факторе 1/3, а теперь сделали шаг к более экзотическим состояниям. Такие квазичастицы могут стать основой для топологических квантовых компьютеров, где информация хранится в «узорах плетения» и потому меньше страдает от шума.
Энионы могут существовать только в двумерном мире. В нашем трёхмерном пространстве обмен двух частиц местами всегда даёт либо смену знака (фермионы), либо ничего (бозоны), а в плоском мире возможны промежуточные варианты.
Идея использовать плетение энионов для квантовых вычислений напоминает сюжеты о топологических компьютерах из научной фантастики, где информация записана в узлах и косичках, а не в битах.