引  言

非阿贝尔任意子（non-Abelian anyons）的交换会以拓扑保护的方式改变系统量子态，是实现拓扑量子计算的理想载体。

2026年1月7日以色列魏兹曼科学研究所的Jehyun Kim在Nature杂志上发表论文Aharonov–Bohm interference in even-denominator fractional quantum Hall states，首次在双层石墨烯的两个偶数分母分数量子霍尔（fractional quantum Hall，FQH）平台中观测到了稳健的阿哈罗诺夫-波姆（AB）干涉，通过引入体准粒子，其观察到的干涉模式变化表明体准粒子携带e/4的电荷，这符合非阿贝尔任意子的特征。

第一章 实验器件设计

本文利用双层石墨烯范德华异质结构设计了一个法布里-珀罗干涉仪（Fabry–Pérot interferometer, FPI），封装在六方氮化硼中，通过顶层和底层的石墨烯作为栅极调控，在垂直磁场高达B=12T和基温T=10mK的条件下进行测量。

图1 基于双层石墨烯的FPI

第二章 偶分母 AB 干涉实验结果

图2 偶分母Aharonov - Bohm干涉图

在恒定填充因子下，v= -1/2的空穴掺杂侧观察到了清晰的pajama pattern振荡提取的通量周期约为2Φ₀，对应干涉准粒子电荷e^*= e/2；在v= 3/2的电子掺杂侧同样观察到了接近2Φ₀的周期。研究还扩展到了其他分数状态（如v= -2/3, -1/3, 4/3, 5/3)，发现干涉电荷e^*往往遵循填充因子v_LL（即e^*= v_LLe），而不仅是最小体激发电荷。

图3 恒定填充因子时电子与空穴掺杂的干涉图样

第三章 FPI 中体任意子的统计相位贡献

作者还通过微调磁场和栅极电压的方式让系统偏离恒定填充位置，在干涉回路中引入体准粒子（bulk quasiparticles），每产生一个e/4的体准粒子，由于其非阿贝尔统计属性，边缘态干涉的波函数会感受到一个额外的统计相位。在v= 3/2状态下，作者观察到随着电荷密度的增加，干涉条纹发生了连续的偏移。通过对偏移率的定量分析，发现每一个体准粒子贡献的相位电荷精确指向了e^*= e/4。这说明在边态由于温度（约10-30mK）可能还不够低，或者e/4粒子的隧穿振幅太小，导致我们直接看到的相干干涉是由更稳定的e/2（两个e/4的融合体）完成的，所以周期是2Φ₀。在回路内的准粒子才是最小激发单元，从拓扑统计的角度证明了v= 3/2态确实拥有支持非阿贝尔任意子的物理基础。

图4 分数准粒子干涉的统计贡献

终章 总结

本文通过在两个偶分母的FQH态中观察到Aharonov–Bohm干涉证明了候选非阿贝尔体系中准粒子的相干性，通过调节磁场和密度偏离常数填充因子来观察到局域体准粒子表现处出e/4的电荷。文章中也提到，若阿贝尔e/2准粒子确实对干扰信号负责，未来可能发展技术来促进基态准粒子在量子点接触（quantum point contacts, QPC）上的隧穿。且在其他固定常数因子处证明了观测磁通周期是由准粒子电荷的两倍导致的。这项工作为直接观察非阿贝尔统计特性奠定了基础，并提供了非阿贝尔任意子存在的间接证据。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-025-09891-2