Uma “nova lente matemática” pode deixar a ciência mais perto do sucesso quântico; e a culpa é dos neglectons – uma classe de partículas previamente ignoradas.
Os qubits são extremamente frágeis; e as interações com o ambiente podem facilmente perturbar os seus estados quânticos. A sua fragilidade é o que está a tornar difícil construir computadores quânticos estáveis.
Um novo estudo publicado recentemente na Nature Communications mostrou que quando emparelhado com elementos matemáticos previamente descartados como irrelevantes, um tipo de quase-partícula chamada um Ising anyon poderia ajudar a ultrapassar essa fragilidade.
Os investigadores nomearam os componentes revividos “neglectons”.
Ising anyons existem apenas em sistemas bidimensionais. Estão no coração da computação quântica topológica. Isso significa que anyons armazenam informação não nas partículas em si, mas em como elas se enrolam ou entrelaçam umas nas outras. Esse entrelaçamento pode codificar e processar informação de maneiras que são muito mais resistentes ao ruído ambiental.
Mas tem havido uma limitação maior. “O único problema com Ising anyons é que eles não são universais. É como quando tens um teclado e ele só tem metade das teclas”, explicou, à Live Science, Aaron Lauda, professor de física e matemática na Universidade do Sul da Califórnia.
É aqui que entra a tal partícula esquecida. Como detalha a Live Science, a equipa revisitou uma classe de teorias chamada “teoria de campo quântico topológica não-semissimples”, usada para estudar simetria em objetos matemáticos.
As peças negligenciadas, reinterpretadas como partículas, foram capazes de preencheras capacidades em falta dos Ising anyons. A equipa mostrou que com apenas um neglecton adicionado ao sistema, a partícula torna-se capaz de computação universal apenas através de entrelaçamento.
A importância dos Ising anyons
Como refere a Live Science, para perceber a importância dos anyons, é crucial compreender o seu comportamento em duas dimensões.
Por um lado, em três dimensões, partículas como bosões e férmions podem circular umas em torno das outras. Mas esses círculos podem ser desfeitos, como passar um fio por cima ou por baixo de outro. Por outro lado, em duas dimensões não há “por cima” ou “por baixo”. Isso significa que quando anyons se movem em torno uns dos outros, os caminhos não podem ser desenredados, dando origem a uma física fundamentalmente nova.
“A forma de pensar sobre isso é se eu começo com um estado zero e eu o envolvo, ele fica num estado zero ou algum múltiplo disso? Ou cria um zero e um um? Eu sou capaz de os misturar e criar essas superposições de que eu preciso para fazer computação quântica?”, explicou Lauda.
A chave com Ising anyons é ser capaz de criar superposições, porque estas operações dependem da forma global do caminho de entrelaçamento, em vez de localizações precisas, elas estão naturalmente protegidas de muitos tipos de ruído.
A descoberta não significa que teremos computadores quânticos topológicos amanhã. Mas sugere que em vez de inventar materiais inteiramente novos ou partículas exóticas, os físicos podem apenas precisar de olhar para sistemas familiares através de uma “nova lente matemática”.
