El mundo cuántico es astuto: a veces, las partículas confinadas en una capa plana y atravesadas por un campo magnético intenso comienzan a comportarse como un líquido compuesto no por electrones enteros, sino por fracciones de ellos: cargas fraccionarias. Esto es el efecto Hall cuántico fraccionario. Lo más intrigante es que en ese líquido pueden nacer cuasipartículas con 'memoria': su estado cuántico cambia cuando se intercambian, como si se trenzaran en coletas invisibles. Estos objetos se llaman anyones no abelianos (cuasipartículas cuyo estado depende del orden de intercambio) y son candidatos a convertirse en qubits para computadoras cuánticas ultraseguras.
El problema es que estabilizar esta fase en el laboratorio es como mantener un nudo complejo hecho de hilos resbaladizos. Normalmente se necesita una interacción triple entre electrones, que casi no aparece en los materiales reales. Los autores de este trabajo han ideado otro camino: le han encargado a una computadora que ajuste por sí misma las fuerzas de pares entre electrones —los llamados pseudopotenciales de Haldane (parámetros que describen la repulsión a distintas distancias)— para que el estado de muchos cuerpos resultante coincida lo mejor posible con el deseado, llamado estado de Moore-Read. Para ello, utilizaron un método de diseño inverso: optimización por gradiente directamente dentro del procedimiento de diagonalización exacta, es decir, el cálculo de todos los estados cuánticos posibles de un sistema pequeño. Los cálculos se realizaron en una esfera para evitar efectos de borde, y el código se escribió con la biblioteca JAX, que calcula derivadas rápidamente y es útil para problemas de optimización.
El resultado sorprendió: resultó que una interacción de pares bien ajustada produce una superposición con el estado de Moore-Read superior al 99% para sistemas de hasta 12 electrones. Esto es mucho mejor que la repulsión de Coulomb estándar. Además, el perfil de pseudopotencial encontrado resultó casi universal: decae exponencialmente con la distancia y, al parecer, codifica de manera eficiente las características clave de la interacción triple. El espectro de excitaciones neutras y el espectro de entrelazamiento orbital confirmaron que el sistema se encuentra efectivamente en la fase de Pfaffiano, una de las más deseadas para la computación cuántica. Así, el diseño computacional de interacciones abre el camino hacia la ingeniería del orden no abeliano en simuladores cuánticos.
El estado de Moore-Read lleva el nombre de dos físicos que lo describieron en 1991. Está estrechamente relacionado con las matemáticas de nudos y trenzas: literalmente, su función de onda contiene un pfaffiano, una construcción de la teoría de trenzas.
La idea de computadoras cuánticas basadas en anyones —computadoras cuánticas topológicas— se discute activamente en la ciencia ficción, por ejemplo, en la novela 'El ladrón cuántico' de Hannu Rajaniemi.