Os materiais topológicos atraem grande interesse e podem fornecer a base para uma nova era no desenvolvimento de materiais. No Science Advances, os físicos de Andreas Elben, Jinlong Yu, Peter Zoller e Benoit Vermersch agora apresentam um novo método de medição para identificar e caracterizar os chamados invariantes topológicos em várias plataformas experimentais.
Atualmente, os modernos simuladores quânticos oferecem uma ampla gama de possibilidades para preparar e investigar estados quânticos complexos. Eles são realizados com átomos ultra-frios em redes ópticas, átomos de Rydberg, íons aprisionados ou bits quânticos supercondutores. Uma classe particularmente fascinante de estados quânticos são estados topológicos da matéria. David Thouless, Duncan Haldane e Michael Kosterlitz receberam o Prêmio Nobel de Física em 2016 por sua descoberta teórica. Esses estados da matéria são caracterizados por correlações quânticas não-locais e são particularmente robustos contra distorções locais que inevitavelmente ocorrem em experimentos.
Benoît Vermersch, Jinlong Yu e Andreas Elben, do Centro de Física Quântica da Universidade de Innsbruck, e o Instituto de Ótica Quântica e Informações Quânticas da Academia Austríaca de Ciências escrevem: “Identificar e caracterizar essas fases topológicas em experimentos é um grande desafio. As fases topológicas não podem ser identificadas por medições locais por causa de suas propriedades especiais. Portanto, estamos desenvolvendo novos protocolos de medição que permitirão aos físicos experimentais caracterizar esses estados em laboratório “.
Nos últimos anos, isso já foi alcançado para sistemas que não interagem. No entanto, para sistemas em interação, que no futuro também poderiam ser usados como computadores quânticos topológicos, isso ainda não era possível.
Com medições aleatórias para um resultado definido
Em Science Advances, os físicos do grupo de pesquisa de Peter Zoller agora propõem protocolos de medição que permitem a medição dos chamados invariantes topológicos. Essas expressões matemáticas descrevem propriedades comuns de espaços topológicos e permitem identificar completamente estados topológicos em interação com simetria global em sistemas bosônicos unidimensionais.
“A idéia do nosso método é preparar primeiro esse estado topológico em um simulador quântico. Agora, as chamadas medidas aleatórias são realizadas e os invariantes topológicos são extraídos das correlações estatísticas dessas medidas aleatórias”, explica Andreas Elben.
A característica específica desse método é que, embora os invariantes topológicos sejam funções de correlação não local altamente complexas, eles ainda podem ser extraídos de correlações estatísticas de medições aleatórias locais simples. Como com um método recentemente apresentado pelo grupo de pesquisa para comparar estados quânticos em computadores ou simuladores, tais medições aleatórias são possíveis em experimentos atuais.
“Nossos protocolos para medir os invariantes topológicos podem, portanto, ser aplicados diretamente nas plataformas experimentais existentes”, diz Benoît Vermersch.
Publicado em 11/04/2020 15h46
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