La revista Nature publicó recientemente un artículo que marca un hito significativo en el campo de la computación cuántica: la primera observación de un fenómeno llamado «entrelazamiento no abeliano». Aunque pueda sonar complicado, trataré de explicarlo de una manera sencilla y comprensible, incluso para aquellos que no están familiarizados con la física cuántica ni con la ciencia en general.
Una metáfora en el mundo cotidiano
Imaginemos que te muestran dos objetos idénticos y luego te piden que cierres los ojos. Cuando los vuelves a abrir, ves los mismos dos objetos. ¿Cómo podrías determinar si han sido intercambiados? Según nuestra intuición y las leyes de la mecánica cuántica, si los objetos son realmente idénticos, no hay forma de saberlo.
Esta lógica parece ser válida en nuestro mundo tridimensional y familiar. Sin embargo, si limitamos los objetos idénticos a moverse únicamente en un plano bidimensional, nuestra intuición a veces puede fallar. La mecánica cuántica permite algo sorprendente: en un plano bidimensional, se ha predicho la existencia de partículas especiales llamadas «anyones no abelianos«. En este caso, es posible determinar que han sido intercambiadas, a pesar de ser indistinguibles.
El desafío de los anyones no abelianos
Durante décadas, los investigadores han intentado observar y comprender el comportamiento curioso de los anyones no abelianos, pero hasta el otoño pasado, nadie lo había logrado. Sin embargo, gracias a un trabajo titulado «Trenzado no abeliano de vértices de gráficos en un procesador superconductor», que fue publicado inicialmente en octubre de 2022 y ahora ha sido publicado en Nature, se ha logrado un avance significativo en este campo.
El objetivo de este estudio es explorar una nueva vía para la computación cuántica utilizando el fenómeno de los anyones no abelianos. La idea es realizar operaciones cuánticas intercambiando partículas entre sí, al igual que se entrelazan y trenzan los hilos para crear trenzas. Esto podría abrir una nueva perspectiva en la llamada computación cuántica topológica, que ofrece una protección adicional contra el ruido ambiental, uno de los desafíos más importantes en la computación cuántica en la actualidad.
El experimento y los resultados
Los investigadores utilizaron un procesador cuántico superconductor para llevar a cabo su experimento. En lugar de utilizar la dinámica de partículas en un material sólido convencional, como se ha intentado en otras plataformas, aprovecharon las capacidades de los procesadores cuánticos superconductores para manipular directamente la función de onda de un sistema compuesto por muchas partículas.
Para lograrlo, implementaron un código estabilizador generalizado y un protocolo unitario en el procesador cuántico. Esto les permitió crear y trenzar los anyones no abelianos, y así verificar experimentalmente sus propiedades y comportamiento. Además, exploraron la posibilidad de utilizar estos anyones para la computación cuántica y lograron crear un estado entrelazado de anyones que codifica tres qubits lógicos.
Futuro de la computación cuántica
Este avance en la observación de los anyones no abelianos representa un paso importante hacia la mejora de las computadoras cuánticas. Al comprender y controlar estos fenómenos cuánticos, se abre la puerta a nuevas posibilidades en el campo de la computación y la tecnología.
La computación cuántica topológica, basada en el entrelazamiento no abeliano de partículas, podría superar algunos de los desafíos actuales de la computación cuántica. Al utilizar la propiedad de inmunidad al ruido ambiental de los anyones no abelianos, se podría lograr una mayor estabilidad en los cálculos cuánticos y reducir los errores causados por interferencias externas.
Sin embargo, es importante destacar que este es solo el comienzo de un largo camino hacia la aplicación práctica de estos avances. Aunque el experimento fue realizado en un procesador cuántico superconductor, aún quedan desafíos técnicos por superar para lograr una implementación más escalable y robusta en sistemas de computación cuántica a gran escala.
El camino hacia la computación cuántica funcional y práctica es complejo y requiere una combinación de avances teóricos y experimentales.
Referencias
Andersen, T., & Lensky, Y. (2023). Non-Abelian braiding of graph vertices in a superconducting processor. Nature, 1-6. Enlace al artículo original
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