Pela primeira vez, um grupo de pesquisadores da Universidad Complutense de Madrid, IBM, ETH Zurique, O MIT e a Universidade de Harvard observaram fases topológicas da matéria de estados quânticos sob a ação da temperatura ou certos tipos de imperfeições experimentais. O experimento foi conduzido usando simulador quântico da IBM.

Simuladores quânticos foram conjecturados pela primeira vez pelo ganhador do Prêmio Nobel Richard Feynman em 1982. Computadores clássicos comuns são ineficientes para simular sistemas de partículas quânticas em interação. Esses novos simuladores são genuinamente quânticos e podem ser controlados com muita precisão. Eles replicam outros sistemas quânticos que são mais difíceis de manipular e cujas propriedades físicas permanecem muito desconhecidas.

Em artigo publicado na revista Informação Quântica , os pesquisadores descrevem o uso de um simulador quântico com qubits supercondutores na IBM para replicar materiais conhecidos como isolantes topológicos em temperatura finita, e medir pela primeira vez suas fases quânticas topológicas.

As fases topológicas da matéria representam um campo de pesquisa muito estimulante e ativo que está revolucionando a compreensão da natureza e da ciência dos materiais. O estudo dessas novas fases da matéria deu origem a novos materiais, como isolantes topológicos, que se comportam como isolantes regulares em massa e como metais nos limites. Essas correntes eletrônicas de fronteira têm spin polarizado.

Desde a descoberta da matéria topológica, pesquisadores têm procurado maneiras inovadoras de manter suas propriedades em temperatura finita. Trabalhos teóricos anteriores dos pesquisadores da Universidad Complutense propuseram uma nova fase quântica topológica, a fase Uhmann, para caracterizar essas fases da matéria em sistemas térmicos. A fase Uhlmann permite aos pesquisadores generalizar as fases topológicas da matéria para sistemas com temperatura.

Os resultados representam a primeira medição de fases quânticas topológicas com temperatura, e avançar na síntese e controle da matéria topológica usando tecnologias quânticas. Entre outras aplicações, matéria quântica topológica pode ser usada como hardware para computadores quânticos futuros devido à sua robustez intrínseca contra erros. Os resultados experimentais apresentados neste trabalho mostram como essas fases quânticas topológicas também podem ser robustas contra os efeitos da temperatura.