麻省理工發(fā)現(xiàn)了一種全新的物質(zhì)形態(tài)——任意子超導(dǎo)，如果得到全面驗(yàn)證，這將可能是通往容錯(cuò)量子計(jì)算的“圣杯”，為量子物理教科書增加新的章節(jié)。

2025年12月19日，麻省理工學(xué)院（MIT）物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)剛剛在著名的《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）上發(fā)表了一項(xiàng)顛覆性成果。由物理學(xué)教授 Senthil Todadri 和博士生 Zhengyan Darius Shi 領(lǐng)導(dǎo)的研究，終于解開了困擾物理學(xué)界一整年的謎題：為什么在轉(zhuǎn)角二碲化鉬（tMoTe?）這種材料里，超導(dǎo)和磁性這兩個(gè)“死對(duì)頭”竟然能同床共枕？

在凝聚態(tài)物理的傳統(tǒng)認(rèn)知里，超導(dǎo)和磁性是絕對(duì)的“世仇”。

超導(dǎo)體喜歡“成雙成對(duì)”，電子必須兩兩結(jié)成“庫珀對(duì)”才能無阻力流動(dòng)；而磁性喜歡“唯我獨(dú)尊”，強(qiáng)大的磁場(chǎng)會(huì)強(qiáng)行扭轉(zhuǎn)電子自旋，把庫珀對(duì)硬生生拆散。所以在過去幾十年里，物理學(xué)家的常識(shí)是：只要有磁性，超導(dǎo)就得死。

但在2024到2025年間，劇情反轉(zhuǎn)了。兩個(gè)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)先后在菱方石墨烯和轉(zhuǎn)角二碲化鉬中，居然同時(shí)觀測(cè)到了超導(dǎo)態(tài)和磁性的共存。

這就像是你把一塊冰扔進(jìn)滾燙的油鍋里，冰塊不僅沒化，反而還更堅(jiān)硬了。

整個(gè)物理學(xué)界都懵了：這不科學(xué)。除非，在這個(gè)舞臺(tái)上流動(dòng)的，根本就不是我們熟悉的那個(gè)“電子”。

MIT 理論團(tuán)隊(duì)揪出了幕后真兇：任意子（Anyons）。

在這個(gè)三維宇宙中，粒子通常只分兩派：喜歡獨(dú)處的費(fèi)米子（如電子）和喜歡群居的玻色子（如光子）。但在二維的扁平世界里（比如單原子層厚的材料），量子規(guī)則變得“隨心所欲”（Anything goes），于是誕生了第三種粒子——任意子。

MIT 的計(jì)算表明，當(dāng)材料處于一種特殊的量子狀態(tài)（分?jǐn)?shù)量子反?；魻栃?yīng)，F(xiàn)QAH）時(shí)，電子會(huì)發(fā)生“精神分裂”。一個(gè)電子不再是一個(gè)整體，而是分裂成了帶有分?jǐn)?shù)電荷的碎片。

這就是破局的關(guān)鍵。

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，這種“碎片化”也是看運(yùn)氣的。在晶格填充數(shù)為ν=2/3的特殊節(jié)點(diǎn)上，系統(tǒng)面臨兩個(gè)選擇：

1. 向左走（少一點(diǎn)）：如果你得到的碎片帶1/3的電荷，它們會(huì)像一盤散沙，雖有量子效應(yīng)，但最終會(huì)變成一種奇怪的絕緣體（重入整數(shù)量子霍爾態(tài)），電流根本通不過。
2. 向右走（多一點(diǎn)）：如果你得到的碎片帶2/3的電荷，奇跡發(fā)生了。

這群帶 2/3 電荷的任意子，雖然本性頑固、互相排斥（物理學(xué)上叫“阻挫”），但在特定濃度下，它們會(huì)突然“想通了”。它們打破了量子的枷鎖，像庫珀對(duì)一樣配對(duì)，形成一種宏觀的超流體。

即使在磁性環(huán)境中，這群任意子也能無視磁場(chǎng)的干擾，形成超導(dǎo)電流。

這解釋了實(shí)驗(yàn)中那個(gè)令人費(fèi)解的不對(duì)稱現(xiàn)象：為什么在填充數(shù) 2/3 的一側(cè)是超導(dǎo)，另一側(cè)卻是絕緣體？因?yàn)榱Ｗ雍涂昭ǖ拿\(yùn)，從一開始就被寫進(jìn)了不同的劇本里。

為了讓這個(gè)理論更加無懈可擊，MIT 團(tuán)隊(duì)還預(yù)言了一個(gè)極具懸念的中間狀態(tài)。

在系統(tǒng)徹底變成超導(dǎo)體之前，它會(huì)先進(jìn)入一種詭異的“反常渦旋玻璃”（Anomalous Vortex Glass）狀態(tài)。

也就是說，在沒有外加磁場(chǎng)的情況下，超導(dǎo)體內(nèi)部自發(fā)產(chǎn)生了無數(shù)微小的漩渦。這些漩渦有的順時(shí)針轉(zhuǎn)，有的逆時(shí)針轉(zhuǎn)，總和為零，就像無數(shù)個(gè)微型颶風(fēng)被凍結(jié)在玻璃里。

這不僅僅是理論推演，更是給實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家留下的“藏寶圖”。如果未來的實(shí)驗(yàn)?zāi)芴綔y(cè)到這種違背直覺的“玻璃態(tài)”，那么 MIT 的理論將毫無爭(zhēng)議地封神。

如果這種由任意子驅(qū)動(dòng)的超導(dǎo)機(jī)制被完全掌控，我們要做的第一件事就是利用它來制造拓?fù)淞孔颖忍?/strong>。這種量子比特將比現(xiàn)在的技術(shù)穩(wěn)定得多，因?yàn)樗旧砭褪艿酵負(fù)湫再|(zhì)的保護(hù)，不會(huì)輕易因?yàn)橥饨绺蓴_而出錯(cuò)。

曾經(jīng)，把電子切碎是天方夜譚；曾經(jīng)，磁性與超導(dǎo)共存是離經(jīng)叛道。

而現(xiàn)在，在這個(gè)二維的量子舞臺(tái)上，1除以3不等于0.333...，它等于一個(gè)新的宇宙。

參考文獻(xiàn)：

1. Shi, Z. D., & Senthil, T. (2025). Anyon delocalization transitions out of a disordered fractional quantum anomalous Hall insulator.Proceedings of the National Academy of Sciences
2. Shi, Z. D., & Senthil, T. (2025).arXiv preprint arXiv:2506.02128
3. MIT News Office. (2025). Anything-goes 'anyons' may be at the root of surprising quantum experiments.