Per la prima volta, un gruppo di ricercatori dell'Universidad Complutense de Madrid, IBM, Politecnico di Zurigo, Il MIT e l'Università di Harvard hanno osservato fasi topologiche della materia di stati quantistici sotto l'azione della temperatura o di certi tipi di imperfezioni sperimentali. L'esperimento è stato condotto utilizzando un simulatore quantistico presso IBM.

I simulatori quantistici sono stati congetturati per la prima volta dal premio Nobel Richard Feynman nel 1982. I computer classici ordinari sono inefficienti nel simulare sistemi di particelle quantistiche interagenti. Questi nuovi simulatori sono genuinamente quantistici e possono essere controllati in modo molto preciso. Replicano altri sistemi quantistici che sono più difficili da manipolare e le cui proprietà fisiche rimangono molto sconosciute.

In un articolo pubblicato sulla rivista Informazioni quantistiche , i ricercatori descrivono l'utilizzo di un simulatore quantistico con qubit superconduttori presso IBM per replicare materiali noti come isolanti topologici a temperatura finita, e misurare per la prima volta le loro fasi quantistiche topologiche.

Le fasi topologiche della materia rappresentano un campo di ricerca molto eccitante e attivo che sta rivoluzionando la comprensione della natura e della scienza dei materiali. Lo studio di queste nuove fasi della materia ha dato origine a nuovi materiali come isolanti topologici, che si comportano come normali isolanti alla rinfusa e come metalli ai bordi. Queste correnti elettroniche di confine hanno spin polarizzato.

Dalla scoperta della materia topologica, i ricercatori hanno cercato modi innovativi per mantenere le loro proprietà a temperatura finita. Precedenti lavori teorici dei ricercatori dell'Universidad Complutense hanno proposto una nuova fase quantistica topologica, la fase di Uhmann, caratterizzare queste fasi della materia nei sistemi termici. La fase di Uhlmann consente ai ricercatori di generalizzare le fasi topologiche della materia a sistemi con temperatura.

I risultati rappresentano la prima misurazione delle fasi quantistiche topologiche con temperatura, e far progredire la sintesi e il controllo della materia topologica utilizzando le tecnologie quantistiche. Tra le altre applicazioni, la materia quantistica topologica potrebbe essere utilizzata come hardware per i futuri computer quantistici grazie alla sua intrinseca robustezza contro gli errori. I risultati sperimentali presentati in questo lavoro mostrano come queste fasi quantistiche topologiche possono essere robuste anche contro gli effetti della temperatura.