Los anyones aparecen solo en condiciones extremas: a temperaturas cercanas al cero absoluto, en presencia de un campo magnético intenso y fuertes interacciones entre partículas, y únicamente en sistemas bidimensionales: materiales ultrafinos donde el movimiento vertical es imposible. En estas condiciones, los electrones del material dejan de comportarse como partículas completas y, en cambio, actúan como fracciones de electrones: los anyones.

“En los anyones no abelianos, el intercambio de posiciones deja huella en la forma de la función de onda”, explica Ronen. “Si tomamos tres anyones no abelianos e intercambiamos el primero con el segundo y luego el segundo con el tercero, obtenemos una función de onda con una forma muy diferente a la que obtendríamos si los intercambiáramos en otro orden. Esto proporciona una forma de codificar y almacenar información, una de las condiciones clave para construir una computadora cuántica”.

Aunque recientemente los científicos han logrado medir anyones abelianos, aún no se han observado directamente anyones no abelianos.

En el nuevo estudio, dirigido por el Dr. Jehyun Kim y Himanshu Dev, del grupo de Ronen en el Departamento de Física de la Materia Condensada de Weizmann, los investigadores utilizaron grafeno bicapa, una especie de sándwich compuesto por dos capas de carbono de un átomo de grosor, dispuestas en una red de panal. En este material desarrollado recientemente, las condiciones esperadas para albergar anyones no abelianos son estables, y los científicos pueden controlar con precisión sus trayectorias de movimiento.

El experimento de Weizmann se basó en un famoso sistema óptico del siglo XIX en el que un haz de luz queda atrapado entre dos espejos. Cada vez que el haz incide y se refleja en uno de los espejos, su función de onda gira un ángulo o fase determinado. Mientras el haz reflejado no esté sincronizado con el original, se anulan mutuamente, produciendo una luz débil. Tras varias reflexiones, la función de onda completa una rotación y vuelve a su fase original, de modo que los haces se sincronizan, produciendo una luz brillante. Esto crea un patrón de interferencia de bandas alternas de luz y oscuridad, a partir del cual los físicos pueden inferir las propiedades de la onda de luz original atrapada entre los dos espejos.

En la primera etapa, los investigadores examinaron únicamente cómo el campo magnético afectaba la fase del anyón en órbita. Con cada revolución, la fase de la onda de retorno cambiaba bajo la influencia del campo magnético, y al encontrarse con la onda original, se anulaban o se reforzaban mutuamente. Al igual que en el experimento óptico, esto produjo un patrón de interferencia, pero en este caso el patrón consistía en bandas alternas de alta y baja resistencia eléctrica, a partir de las cuales se podían deducir las propiedades del anyón circundante.

Los investigadores realizaron entonces otro experimento para caracterizar las partículas dentro de la isla, que interactúan con la partícula en órbita. Al variar la densidad electrónica dentro de la isla y examinar cómo esto afectaba la función de onda del anyón en órbita y, por lo tanto, el patrón de interferencia, pudieron deducir las propiedades de las partículas de la isla. Los cambios en la pendiente de las líneas de interferencia indicaron que las partículas internas portaban una carga de un cuarto de electrón, como se esperaba para anyones no abelianos. Esto concordaba con experimentos previos de tunelización en el laboratorio del profesor Moty Heiblum, también en el Instituto Weizmann.

Para describir el estado cuántico de sólo 300 qubits (es decir, para almacenar toda la información que contienen), una computadora clásica necesitaría contener más de 34 quintillones de números complejos.

También participaron en el estudio Amit Shaer, el Dr. Ravi Kumar, el Dr. Alexey Ilin, el Dr. André Haug, Shelly Iskoz, el Prof. David F. Mross y el Prof. Ady Stern del Departamento de Física de la Materia Condensada de Weizmann; y los Profs. Kenji Watanabe y Takashi Taniguchi del Instituto Nacional de Ciencias de los Materiales, Tsukuba, Japón.

Fuente: telam