电荷的分数化是微观量子理论研究的一个基本问题，这个问题不仅与粒子微观结构的起源相关，而且也是认识包括分数量子霍耳效应在内的大量宏观量子现象的物理基础。1976年，在一项开创性的工作中，著名理论物理学家 Jackiw 和 Rebbi 证明，在具有二重简并真空的一维量子系统，一个束缚在这两个真空边界的粒子（孤子态）的电荷是分数化的。四年之后，苏武沛与两位诺贝尔奖获得者Schrieffer和Heeger首先指出，在链状的高分子导电聚合物聚乙炔中存在 Jackiw-Rebbi 型的孤子激发，并且这种分数化的孤子激发就是这种材料的导电载流子，推动了对导电高分子聚合物的研究。
在一个二维量子系统，电荷的分数化也是一个普遍的物理现象。典型的例子就是分数量子霍耳效应。此外，px+ipy 超导体的磁通涡线、Kitaev 模型等系统中也都发现存在分数化的准粒子激发。但二维系统中电荷分数化的机理是什么一直是一个让人困惑的问题。最近，中科院物理研究所向涛研究员与加州大学伯克利分校李东海教授，清华大学张广铭教授合作解决了这个问题。他们发现在一个二维量子系统体内产生一个分数化的量子激发，等价于在两个开放的二维量子系统的界面产生一个将两个边界连接在一起的扭结，对应于这个纽结，存在一个孤子解，其电荷是分数量子化的。同时，他们还证明在一个U(1)规范不变的量子系统产生一个分数电荷的激发，等价于在一个对应的Z2规范不变的量子系统中产生一个非阿贝尔的任意子，而后者正是实验上为实现高容错性的拓扑量子计算在积极寻找的基本量子运算单元。他们的工作，揭示了二维量子空间中电荷分数化的微观机理，建立了统一描述一维与二维量子系统中电荷分数量子化的物理框架，同时也对研究和发现非阿贝尔任意子有指导意义。
这项研究工作得到中国科学院、国家自然科学基金和科技部项目的支持。结果发表在 Physical Review Letters 99, 196805 (2007)。