¿Alguien quiere anyones?

Los científicos han creado unos extraños objetos similares a partículas llamados anyones no abelianos. Estas cuasipartículas tan buscadas pueden "trenzarse", lo que significa que pueden moverse unas alrededor de otras y conservar un recuerdo de ese intercambio, de forma similar a como una coleta trenzada guarda un registro del orden en que se cruzan las hebras.

Dos equipos independientes, uno dirigido por investigadores de Google y el otro por investigadores de la empresa de computación cuántica Quantinuum, han informado de la creación y trenzado de versiones de estos anyones utilizando ordenadores cuánticos. Los resultados de Google y Quantinuum, publicados respectivamente el 11 de mayo en la revista Nature y el 9 de mayo en arXiv.org, podrían ayudar a los científicos a construir computadoras cuánticas que sean resistentes a los errores que actualmente aquejan a las máquinas.

Los anyones no abelianos desafían la intuición común sobre lo que ocurre con los objetos que cambian de lugar. Imagínese el juego callejero de los vasos y las pelotas, en el que un artista intercambia vasos idénticos de un lado a otro. Si no se observa atentamente, nunca se sabrá si dos vasos se han movido uno alrededor del otro y han vuelto a su posición original. En el mundo cuántico, no siempre es así.

"Se ha predicho que existe una partícula loca en la que, si las cambias de sitio mientras tienes los ojos cerrados, puedes saberlo a posteriori", explica el físico Trond Andersen, de Google Quantum AI, en Santa Bárbara (California). "Esto va en contra de nuestro sentido común y parece una locura".

Las partículas de nuestro mundo tridimensional no pueden hacer este truco de magia. Pero cuando las partículas están confinadas a sólo dos dimensiones, las reglas cambian. Aunque los científicos no disponen de un universo bidimensional en el que explorar las partículas, pueden manipular materiales u ordenadores cuánticos para que muestren un comportamiento similar al de las partículas que viven en dos dimensiones, creando objetos conocidos como cuasipartículas.

Todas las partículas subatómicas fundamentales se dividen en dos clases, en función de cómo se comportan las partículas idénticas de cada tipo cuando se intercambian. Son fermiones, una clase que incluye electrones y otras partículas que forman la materia, o bosones, que incluyen partículas de luz conocidas como fotones.

Pero en dos dimensiones hay otra opción: los anyones. En el caso de los bosones o los fermiones, intercambiar partículas idénticas o moverlas unas alrededor de otras no puede tener un efecto medible directamente. En el caso de los anyones, sí.

En la década de 1990, los científicos se dieron cuenta de que una versión específica de un anyón, llamada anyón no abeliano, podría utilizarse para construir ordenadores cuánticos que salvaguardaran la frágil información cuántica, que se desajusta fácilmente con pequeñas perturbaciones.

"Por razones fundamentales, estos anyones han sido muy emocionantes, y por razones prácticas la gente espera que puedan ser útiles", afirma el físico teórico Maissam Barkeshli, de la Universidad de Maryland en College Park, que no participó en ninguno de los dos estudios.

El equipo de Google creó los anyons utilizando un ordenador cuántico superconductor, en el que los bits cuánticos, o qubits, están hechos de un material que conduce la electricidad sin resistencia. El estudio de Quantinuum, que aún no ha sido revisado, se basa en un ordenador cuántico cuyos qubits están compuestos por átomos de iterbio y bario atrapados y cargados eléctricamente. En ambos casos, los científicos manipularon los qubits para crear los anyones y desplazarlos, demostrando un cambio mensurable después de trenzar los anyones.

Los científicos crearon y trenzaron previamente un tipo menos exótico de anyon, llamado anyon abeliano, dentro de una capa 2-D de un material sólido (SN: 7/9/20). Y muchos físicos están buscando de manera similar un material sólido que pueda albergar el tipo no abeliano.

Pero los nuevos estudios crean estados no abelianos dentro de qubits dentro de un ordenador cuántico, lo que es fundamentalmente diferente, dice Barkeshli. "En cierto modo estás creando sintéticamente el estado por un momento fugaz". Eso significa que no tiene todas las propiedades que tendrían los anyones dentro de un material sólido, afirma.

En ambos casos, hay que trabajar mucho más antes de que los anyones puedan crear ordenadores cuánticos potentes y resistentes a errores. El estudio de Google, en concreto, produce un anyón que se parece a un pez fuera del agua. Es un no-abeliano dentro de un marco abeliano más común. Eso significa que esos anyones podrían no ser tan potentes para la computación cuántica, afirma Barkeshli.

No todo es cuestión de utilidad práctica. Demostrar que los anyones no abelianos existen realmente tiene una importancia fundamental, afirma Henrik Dreyer, físico de Quantinuum en Múnich. Confirma que las reglas de la mecánica cuántica se aplican de la forma que pensábamos