双层石墨烯在高磁场下的电容测量。垂直的深蓝色到橙色的线是在双层石墨烯片的两层之间共享的分数量子霍尔态的标记。通过中心的垂直线被认为是一个有趣的粒子类型：非阿贝尔的任何东西。学分：加州大学圣塔芭芭拉分校
自然界允许哪些“粒子”？答案在于描述微观世界的量子力学理论。
为了扩展我们对量子世界理解的界限，加州圣芭芭拉分校的研究人员开发了一种装置，可以证明非阿贝尔的任何东西，一个已经在数学上预测会存在于二维空间的量子粒子，但到目前为止还没有确凿的结果。这些粒子的存在将为拓扑量子计算的重大进展铺平道路。
在“自然”期刊上发表的一篇研究报告中，物理学家安德烈·扬（AndreaYoung），他的研究生萨沙·齐布罗夫（SashaZibrov）和他们的同事们已经在寻找非阿贝尔的任何东西的确凿证据方面迈出了一大步。他们使用石墨烯（一种来自石墨（一种碳的形式））的原子级薄的材料，开发了一种非常低缺陷，高度可调的装置，其中非阿贝尔的任何东西都应该更容易获得。首先，有一点背景：在我们的三维宇宙中，基本粒子可以是费米子或玻色子：思考电子（费米子）或希格斯（一种玻色子）。
Young说：“这两种”量子统计“之间的区别是物质行为的基础。例如，费米子不能占据相同的量子态，使我们能够在半导体中推动电子，防止中子星崩溃。玻色子可以处于同一状态，导致玻色-爱因斯坦凝聚和超导现象等壮观现象，他解释说。结合一些费米子，如构成原子的质子，中子和电子，你可以得到任何一种类型，但从来没有回避二分法。
然而，在一个二维的宇宙中，物理定律考虑了第三种可能性。被称为“任何人”，这种类型的量子粒子既不是玻色子也不是费米子，而是完全不同的东西-而某些被称为非阿贝尔的任何东西的任何东西都保留着过去状态的记忆，编码量子信息长距离，构成拓扑量子计算机的理论基石。
尽管我们并不生活在一个二维的宇宙中，但是当它们局限于一个非常薄的材料板或电子板时，电子却是这样。在这种情况下，任何人都可以从许多电子的相关状态出现“准粒子”。扰动这样的系统，说与电势，导致整个系统重新排列，就如同一个任意子已经搬走了。
寻找非阿贝尔的任何东西首先要确定承载他们的集体国家。Young说：“在分数量子霍尔态中，只有在非常高的磁场下才能在二维样品中观察到一种类型的集体电子态-准粒子已知具有精确的电子电荷部分，这意味着它们是任意的。
“在数学上，当然，非阿贝尔统计是允许的，甚至可以预测一些分数量子霍尔态。”他继续。然而，在这个领域的科学家一直受到寄主国在它们通常研究的半导体材料中的脆弱性的限制。在这些结构中，集体国家本身只出现在特别低的温度下，这使得探索个体的独特的量子特性倍加困难。
石墨烯被证明是一个理想的材料来建立设备来寻找难以捉摸的任何东西。但是，尽管科学家们一直在构建石墨烯基器件，但石墨烯片周围的其他材料（如玻璃基板和金属栅）却引入了足够的无序性，以破坏非阿贝尔状态的任何特征。他说，石墨烯很好，是环境问题。
解决方案？更原子级的薄材料。
Young说：“我们终于达到了设备中的所有部件都是由二维单晶构成的点。“所以不仅石墨烯本身，而且电介质是六方氮化硼的单晶体，它们是平坦和完美的，而栅极是石墨单晶体，是平坦和完美的。通过将这些扁平的和完美的材料晶体排列并堆叠在一起，团队不仅实现了非常低的无序系统，而且还实现了非常可调的系统。
Young说：“除了实现这些状态之外，我们还可以很好地控制微观参数，了解是什么使这些状态稳定，什么使它们不稳定。”实验控制的精细程度以及许多未知数的消除使得团队能够在理论上高度准确地模拟系统，从而建立对结论的信心。
材料的进步使这些脆弱的激励具有一定的鲁棒性，所需温度比其他材料系统所需温度高近十倍。将非阿贝尔统计量带入更方便的温度范围，不仅为基础物理学的研究提供了机会，而且重燃了开发拓扑量子比特的希望，这可以构成新型量子计算机的基础。非阿贝尔的任何东西的特殊之处在于，它们被认为能够独立于许多环境效应来处理和存储量子信息，这是用传统方法实现量子计算机的一个主要挑战。
但是，物理学家说，首先是事情。直接测量出现的准粒子的量子特性是非常具有挑战性的，Zibrov解释说。尽管一些性质（如分数电荷）已经得到明确的证明，但非阿贝尔统计学的确定性证明-更不能用于量子计算的nonabeliananyons-远远超出了实验的范围。Zibrov说：“如果存在非阿贝尔的任何东西，我们实际上还不知道。
“到目前为止，我们的实验与理论是一致的，这说明我们观察到的一些国家应该是非阿贝尔的，但是我们还没有一个实验性的抽烟枪。
Young说：“我们希望这个实验能够证明非阿贝尔统计学的独特现象。”他获得了包括美国国家科学基金会CAREER奖在内的众多奖项。“现在我们有了一个我们很好理解的材料，有很多方法可以做到这一点-我们将看看大自然是否合作！”