Nye termiske faser af topologisk kvantemateriale i laboratoriet

For første gang, en gruppe forskere fra Universidad Complutense de Madrid, IBM, ETH Zürich, MIT og Harvard University har observeret topologiske faser af kvantetilstanders materie under påvirkning af temperatur eller visse typer af eksperimentelle ufuldkommenheder. Eksperimentet blev udført ved hjælp af kvantesimulator hos IBM.

Kvantesimulatorer blev først formodet af Nobelpristageren Richard Feynman i 1982. Almindelige klassiske computere er ineffektive til at simulere systemer med interaktion af kvantepartikler Disse nye simulatorer er virkelig kvante og kan kontrolleres meget præcist. De replikerer andre kvantesystemer, der er sværere at manipulere, og hvis fysiske egenskaber stadig er meget ukendte.

I en artikel offentliggjort i tidsskriftet Quantum Information , forskerne beskriver ved hjælp af en kvantesimulator med superledende qubits hos IBM til at replikere materialer kendt som topologiske isolatorer ved endelig temperatur, og måler for første gang deres topologiske kvantefaser.

Topologiske faser af materie repræsenterer et meget spændende og aktivt forskningsfelt, der revolutionerer forståelsen af ​​natur og materialevidenskab. Undersøgelsen af ​​disse nye faser af stof har givet anledning til nye materialer såsom topologiske isolatorer, som opfører sig som almindelige isolatorer i bulk og som metaller ved grænserne. Disse grænseelektroniske strømme har polariseret spin.

Siden opdagelsen af ​​topologisk stof, forskere har ledt efter innovative måder at opretholde deres egenskaber ved en endelig temperatur. Tidligere teoretiske værker af forskerne ved Universidad Complutense foreslog en ny topologisk kvantefase, Uhmann -fasen, at karakterisere disse faser af stof i termiske systemer. Uhlmann -fasen giver forskere mulighed for at generalisere de topologiske faser af stof til systemer med temperatur.

Resultaterne repræsenterer den første måling af topologiske kvantefaser med temperatur, og fremme syntesen og kontrollen af ​​topologisk stof ved hjælp af kvanteteknologier. Blandt andre applikationer, topologisk kvantemateriale kunne bruges som hardware til fremtidige kvantecomputere på grund af dets iboende robusthed mod fejl. De eksperimentelle resultater præsenteret i dette arbejde viser, hvordan disse topologiske kvantefaser også kan være robuste over for temperatureffekter.