Físicos de la Universidad de Shanxi en Taiyuan, China, han demostrado la primera observación experimental de trenzado no abeliano no adiabático utilizando ondas de materia cuánticas. Este logro, publicado el 3 de julio en Nature Communications, abre un paradigma rápido para operaciones de trenzado que podría tener implicaciones para la computación cuántica topológica y pruebas fundamentales de la mecánica cuántica.
Piense en el trenzado como el entrelazado de hebras de una cuerda. En el mundo cuántico, el “trenzado” se refiere al proceso de mover partículas cuánticas unas alrededor de otras en el espacio-tiempo. El orden en que se realizan estos movimientos importa, una propiedad técnicamente llamada trenzado no conmutativo, o no abeliano. Multiplique A por B y obtiene un resultado; multiplique B por A y obtiene uno diferente.
Demostraciones experimentales previas de trenzado no abeliano, en sistemas acústicos y fotónicos, se basaban en procesos adiabáticos, lo que significa que las operaciones debían realizarse lentamente para mantener el sistema en su estado fundamental instantáneo. Este límite de velocidad inherente hacía que el enfoque fuera poco práctico para operaciones cuánticas rápidas. El equipo de Shanxi ha demostrado que el trenzado no abeliano puede realizarse de forma no adiabática, rápidamente, sin sacrificar la protección topológica que hace atractivo el trenzado.
El experimento
Los investigadores utilizaron un condensado de Bose-Einstein (BEC) ultrafrío, una nube de átomos enfriada a casi cero absoluto, donde ocupan colectivamente el mismo estado cuántico, como plataforma experimental. En lugar de trenzar partículas físicas en el espacio, codificaron las “hebras” del trenzado en los estados de momento del BEC. Acoplamientos impulsados por láser entre diferentes componentes de momento realizaron las operaciones de trenzado.
Para verificar que el trenzado era genuinamente no abeliano, el equipo aplicó diferentes secuencias de operaciones holonómicas al mismo estado de momento inicial y observó resultados finales distintos. Esta es la característica distintiva del álgebra no conmutativa: si el grupo de trenzado fuera abeliano, el orden de las operaciones no importaría y el estado final sería el mismo independientemente de la secuencia. No fue así.
Las operaciones se generaron mediante holonomías no abelianas no adiabáticas, fases geométricas acumuladas a lo largo de trayectorias cerradas en el espacio de estados, que no requieren una evolución adiabática lenta. El enfoque funciona tanto para sistemas de ondas clásicos como cuánticos, señalan los autores, lo que lo hace ampliamente aplicable.
Por qué es importante
El trenzado no abeliano se ha buscado durante mucho tiempo como una ruta hacia la computación cuántica topológica, donde la información cuántica se almacena en el historial de trenzado de las partículas y está inherentemente protegida del ruido local. El problema siempre ha sido la velocidad: el trenzado adiabático es inherentemente lento, lo que limita su utilidad práctica.
La demostración del equipo de Shanxi sugiere que el límite de velocidad no es fundamental. “Demostramos que el trenzado no abeliano puede realizarse de forma no adiabática, abriendo un paradigma rápido aplicable tanto a sistemas de ondas clásicos como cuánticos”, escriben los autores. Las operaciones de trenzado se utilizaron para preparar, transferir y distribuir estados de superposición cuántica de momento, demostrando directamente su utilidad para el control cuántico.
Los autores, Jin Xie y Bo-Wen Guan (contribución igualitaria), Jiang Zhang, Chenhao Wang, Lantuan Xiao, Suotang Jia, y los autores correspondientes Yanting Zhao y Feng Mei, todos en la Universidad de Shanxi, Laboratorio Estatal Clave de Tecnologías y Dispositivos de Óptica Cuántica, no declaran intereses en competencia.
Limitaciones
Este es un experimento de prueba de principio en una plataforma BEC, no una computadora cuántica topológica funcional. El trenzado se demuestra en el espacio de momento en lugar de con cuasipartículas anyónicas en un sistema de materia condensada, que es la ruta más comúnmente envisageada para la computación cuántica topológica. Si el enfoque no adiabático puede trasladarse a sistemas anyónicos de estado sólido, donde probablemente vivirían los qubits topológicos prácticos, sigue siendo una pregunta abierta.
El artículo también lleva la etiqueta estándar de “manuscrito no editado” de Nature Communications para artículos de publicación anticipada, aunque ha completado la revisión por pares según lo confirmado por las fechas de recepción (diciembre de 2025) y aceptación (junio de 2026) de la revista.
Divulgación: Basado en un artículo revisado por pares en Nature Communications, publicado el 3 de julio de 2026. DOI: 10.1038/s41467-026-75085-7. Acceso abierto bajo licencia CC BY-NC-ND 4.0.
Traducido por Alessandra