Voor de eerste keer, een groep onderzoekers van de Universidad Complutense de Madrid, IBM, ETH Zürich, MIT en Harvard University hebben topologische fasen van materie van kwantumtoestanden waargenomen onder invloed van temperatuur of bepaalde soorten experimentele onvolkomenheden. Het experiment werd uitgevoerd met behulp van een kwantumsimulator bij IBM.

Kwantumsimulatoren werden voor het eerst gespeculeerd door Nobelprijswinnaar Richard Feynman in 1982. Gewone klassieke computers zijn inefficiënt in het simuleren van systemen van op elkaar inwerkende kwantumdeeltjes. Deze nieuwe simulatoren zijn echt kwantum en kunnen zeer nauwkeurig worden bestuurd. Ze repliceren andere kwantumsystemen die moeilijker te manipuleren zijn en waarvan de fysische eigenschappen zeer onbekend blijven.

In een artikel gepubliceerd in het tijdschrift Kwantuminformatie , de onderzoekers beschrijven het gebruik van een kwantumsimulator met supergeleidende qubits bij IBM om materialen te repliceren die bekend staan ​​​​als topologische isolatoren bij eindige temperatuur, en meet voor het eerst hun topologische kwantumfasen.

Topologische fasen van materie vertegenwoordigen een zeer opwindend en actief onderzoeksgebied dat een revolutie teweegbrengt in het begrip van de natuur en materiaalwetenschap. De studie van deze nieuwe fasen van materie heeft geleid tot nieuwe materialen zoals topologische isolatoren, die zich in de bulk gedragen als gewone isolatoren en aan de randen als metalen. Deze grens elektronische stromen hebben gepolariseerde spin.

Sinds de ontdekking van topologische materie, onderzoekers hebben gezocht naar innovatieve manieren om hun eigenschappen op eindige temperatuur te houden. Eerdere theoretische werken van de onderzoekers van Universidad Complutense stelden een nieuwe topologische kwantumfase voor, de Uhmann-fase, om deze fasen van materie in thermische systemen te karakteriseren. De Uhlmann-fase stelt onderzoekers in staat om de topologische fasen van materie te generaliseren naar systemen met temperatuur.

De resultaten vertegenwoordigen de eerste meting van topologische kwantumfasen met temperatuur, en de synthese en controle van topologische materie bevorderen met behulp van kwantumtechnologieën. Onder andere toepassingen, topologische kwantummaterie zou kunnen worden gebruikt als hardware voor toekomstige kwantumcomputers vanwege de intrinsieke robuustheid tegen fouten. De experimentele resultaten die in dit werk worden gepresenteerd, laten zien hoe deze topologische kwantumfasen ook robuust kunnen zijn tegen temperatuureffecten.