p Físicos da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong (HKUST) e da Universidade de Pequim (PKU) criaram com sucesso a primeira simulação 3-D do mundo de matéria topológica consistindo de átomos ultracold. As tentativas anteriores de simulações de matéria topológica foram limitadas a dimensões inferiores, devido aos desafios em como caracterizar a topologia de banda 3-D em sistemas atômicos. Essa descoberta abre uma abertura para um exame mais aprofundado de novas questões topológicas que não podem ser bem compreendidas em sólidos. Essa engenharia nunca antes feita de material artificial com átomos ultrafrios pode agora permitir que os físicos modelem fases incomuns da matéria. p Prof. Gyu-Boong Jo, Professor Associado do Departamento de Física da HKUST colaborou com o Prof. Xiong-Jun Liu, Professor da Escola de Física da PKU e desenvolveu uma estrutura de rede de cristal artificial, anteriormente proposto pelo grupo PKU, para modelar átomos ultracold preparados a 30 bilionésimos de grau acima do zero absoluto. Esta nova matéria quântica sintética é um semimetal topológico de linha nodal acoplado 3-D spin-orbit, e exibe uma simetria de grupo magnético emergente. Os pesquisadores correlacionaram o giro do átomo com a direção do movimento atômico, o que tornou o comportamento geral do átomo topológico. Com tal simetria, os pesquisadores provaram que a topologia da banda 3-D pode ser resolvida apenas imaginando padrões de spin 2-D nos planos simétricos, e ainda observou com sucesso o semimetal topológico 3-D no experimento. As técnicas de detecção usadas aqui podem ser geralmente aplicadas para explorar todos os estados topológicos 3-D de simetrias semelhantes quando eles se tornam disponíveis.

p A pesquisa foi publicada recentemente online em Física da Natureza em 29 de julho, 2019.

p A matéria topológica complexa se tornou o foco da pesquisa industrial e acadêmica porque é vista como uma forma de preparar o caminho para tornar a computação quântica mais robusta e livre de ruído. Os computadores quânticos físicos de hoje ainda são barulhentos, e a correção de erros quânticos é um campo crescente de pesquisa. O objetivo da computação quântica tolerante a falhas tem direcionado investimentos em questões topológicas complexas.

p A matéria topológica é classificada pelas propriedades geométricas do estado quântico do material. A natureza topológica do material significa que ele tende a resistir a imperfeições dentro de um sistema operacional e também possui o potencial para outras propriedades exóticas ainda desconhecidas.

p “Nosso trabalho abre muitas possibilidades para o desenvolvimento de novos materiais topológicos que não ocorrem naturalmente, "disse o Prof. Jo." Este desenvolvimento demonstra que há uma nova possibilidade de explorar material topológico complexo em 3-D, e fornecerá uma plataforma útil para simulação quântica. "

p "Este é um progresso revolucionário para a simulação quântica com átomos ultracold, "disse o Prof. Liu." Permite a investigação experimental e observação de fases não triviais de todas as dimensões físicas, incluindo vários isolantes, semimetal, e fases superfluidas com topologia não trivial em átomos ultracold. "