Los anyones son cuasipartículas que existen en sistemas 2D y tienen características diferentes a las de los fermiones y los bosones. Crédito de la imagen: Freepick
Se creó por primera vez una nueva fase de la materia llamada orden topológico no abeliano (non-Abelian topological order) utilizando un poderoso dispositivo llamado procesador cuántico.
Solo existen dos clases de partículas en nuestro mundo físico tridimensional: bosones, como la luz y el bosón de Higgs; y fermiones, como los protones, neutrones y electrones que forman toda la materia.
Sin embargo, a los físicos teóricos, como Ashvin Vishwanath, profesor de física George Vasmer Leverett de Harvard, no les gusta limitarse a nuestro mundo. Por ejemplo, todo tipo de nuevas partículas y estados de la materia serían posibles en un entorno 2D.
El equipo de Vishwanath creó por primera vez una nueva fase de la materia llamada orden topológico no abeliano (non-Abelian topological order) utilizando un poderoso dispositivo llamado procesador cuántico. Anteriormente reconocida solo en teoría, el equipo demostró la síntesis y el control de partículas exóticas llamadas anyones no abelianos, que no son bosones ni fermiones, sino algo intermedio.
En colaboración con investigadores de la empresa de computación cuántica Quantinuum, sus hallazgos se publican en Nature. El equipo de Vishwanath incluía a Nat Tantivasadakarn, un ex estudiante de la Escuela de Graduados en Artes y Ciencias de Harvard, ahora en Caltech, y Ruben Verresen, un becario postdoctoral.
Los anyons no abelianos, también llamados cuasipartículas por los físicos, solo son matemáticamente posibles en un plano 2D. El término «cuasi» se refiere al hecho de que no son exactamente partículas, sino excitaciones de larga duración a través de una fase específica de la materia (pensemos en las olas del océano) y tienen capacidades especiales para transportar memoria.
Además de ser una física fundamental fascinante, crear una nueva fase de la materia es una plataforma potencial para la computación cuántica, los anyons no abelianos han sido ampliamente reconocidos como una plataforma potencial para la computación cuántica, lo que aumenta la importancia de la investigación. A diferencia de los bits cuánticos, o qubits, de otras plataformas de computación cuántica, los anyons no abelianos son intrínsecamente estables. Mientras se mueven uno alrededor de otros, como un mago barajando vasos con bolas escondidas, pueden «recordar» su pasado. Esta característica también los hace topológicos, lo que significa que pueden doblarse y torcerse sin perder su esencia.
Si se pueden crear y controlar a escalas mayores, los anyons no abelianos podrían crear qubits ideales (unidades de poder computacional que se extienden mucho más allá de las computadoras clásicas de hoy).
Tantivasadakarn dijo que utilizar los estados exóticos de la materia como bits cuánticos efectivos y realizar cálculos cuánticos con ellos es una ruta muy prometedora hacia la computación cuántica estable. Por lo tanto, los problemas de ruido han disminuido significativamente.
Para darse cuenta del estado exótico de su materia, los investigadores emplearon cierta creatividad obstinada. El equipo comenzó con una red de 27 iones atrapados para maximizar las capacidades del procesador H2 más nuevo de Quantinuum. Para aumentar gradualmente la complejidad de su sistema cuántico, utilizaron mediciones parciales y específicas. Finalmente, lograron crear una función de onda cuántica que incorporaba las características y propiedades precisas de las partículas que buscaban.
Vishwanath afirmó que la medición es el aspecto más enigmático de la mecánica cuántica y ha generado numerosos debates filosóficos y famosas paradojas, como la del gato de Schrödinger. «Aquí utilizamos mediciones como herramienta para esculpir el estado cuántico de interés».
Vishwanath valora la capacidad de alternar entre diversas ideas y aplicaciones de la física sin estar atado a una plataforma o tecnología en particular como teórico. Sin embargo, se sorprende de poder no solo explorar una teoría, sino también demostrarla en el contexto de este trabajo, especialmente ahora que el campo de la mecánica cuántica llega a su centenario.
Vishwanath expresó: «Al menos para mí, fue simplemente sorprendente que todo funcione y que podamos hacer algo muy concreto». Desde la mecánica cuántica fundamental hasta ideas más recientes sobre estos nuevos tipos de partículas, realmente conecta muchos aspectos diferentes de la física a lo largo de los años.
Que son los Anyones, su clasificación.
Los anyones son cuasipartículas que existen en sistemas 2D y tienen características diferentes a las de los fermiones y los bosones, las dos clases estadísticas de partículas que conocemos, según la mecánica cuántica. Franck Wilczek, ganador del Premio Nobel, los propuso y bautizó por primera vez, aunque no estaba contento con la idea de que solo existieran dos categorías de partículas en el universo. Por lo tanto, es posible relacionar a los anyones con una tercera categoría de estadística. En esencia, los anyones se clasifican en dos categorías: abelianos y no abelianos. La primera es fundamental para el efecto Hall cuántico fraccionario ((FQHE) es un comportamiento colectivo en un sistema 2D de electrones), mientras que la segunda es importante para la computación cuántica. Las cuasipartículas pueden aproximarse a las partículas normales porque actúan como excitaciones específicas dentro de un sólido.
La capacidad de los anyones para desviarse de sus estados cuánticos originales, a diferencia de los bosones y fermiones, es un rasgo que los hace cautivadores. Imaginemos que un anyón rodea a otro. En consecuencia, el estado cuántico del anyón cambia y requeriría cierta cantidad de trabajo antes de regresar a su estado original. Esta desviación del estado original funciona como una memoria del viaje del año y, en esencia, los convierte en una herramienta poderosa para la codificación de datos.
REFERENCIAS
Non-Abelian topological order and anyons on a trapped-ion processor. Nature: https://www.nature.com/articles/s41586-023-06934-4
