Un péndulo oscila no en un plano, sino en cinco dimensiones a la vez. Su movimiento se describe con un modelo matemático complejo, y él mismo es un electrón en una lámina de grafeno que interactúa con cinco 'variedades' diferentes del entorno. Hasta ahora, simular tal péndulo en una computadora era terriblemente lento: cada paso requería revisar una enorme cantidad de opciones.
Un grupo de físicos liderado por Ashish Vaswani desarrolló un método cuántico de Monte Carlo optimizado (cálculo que usa números aleatorios). 'Sentaron' al electrón en el nivel más bajo de Landau, algo así como hacer que el péndulo oscile solo con una amplitud permitida, descartando movimientos superfluos. Este truco permitió simular sistemas de hasta 140 celdas magnéticas en la superficie de un donut (toro) y hasta 49 en una esfera, valores récord.
Lo más interesante ocurrió cuando los científicos comenzaron a variar la intensidad de la interacción. Con acoplamiento débil, los cinco 'columpios' del péndulo se movían de manera coordinada: es la fase ordenada. Con acoplamiento fuerte, la coordinación se rompía y el sistema se volvía caótico. Entre ambos apareció un punto crítico, como la frontera entre el día y la noche, donde las propiedades cambian de golpe. Y si se rompe ligeramente la simetría entre las dimensiones, el punto se vuelve multicrítico, lo que recuerda a una transición de fase en imanes cuánticos entre el orden antiferromagnético (alternancia de espines) y un estado de enlaces de valencia.
Todavía no está claro cómo se ve exactamente ese líquido en un sistema infinitamente grande: no se parece ni a un aislante común ni a una teoría de campo conforme (descripción de fenómenos críticos). Pero el punto multicrítico hallado responde a una vieja pregunta sobre la estructura global del diagrama de fases del modelo. Y el nuevo marco computacional abre la puerta al estudio sistemático de otros sistemas, desde bandas planas en materiales correlacionados hasta el efecto Hall cuántico fraccionario. Así, un péndulo que empezó con cinco dimensiones llevó a los físicos a una herramienta universal para explorar el mundo cuántico.
El método cuántico de Monte Carlo lleva el nombre de un casino porque usa números aleatorios, como la ruleta, pero para calcular propiedades de partículas.
En la novela 'La era del diamante' de Neal Stephenson, las computadoras cuánticas modelan la materia a nivel atómico; algoritmos como estos podrían hacerlo realidad.