La simetría juega un papel fundamental en la comprensión de la materia cuántica compleja, particularmente en la clasificación de fases cuánticas topológicas, que han despertado un gran interés en la última década. Un ejemplo sobresaliente es el aislante topológico invariante de inversión del tiempo, una clase de material relativamente nueva con propiedades electrónicas peculiares, que se entiende bien como un material topológico protegido por simetría (SPT).

En un estudio reciente, un equipo internacional de físicos experimentales y teóricos de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong (HKUST) y la Universidad de Pekín (PKU) informó sobre la observación de una fase SPT para átomos ultrafríos utilizando simulación cuántica atómica. Este trabajo abre el camino para expandir el alcance de la física SPT con átomos ultrafríos y estudiar la dinámica cuántica fuera del equilibrio en estos sistemas exóticos.

Sus hallazgos fueron publicados en la revista Avances de la ciencia el 23 de febrero, 2018.

Las formas de los objetos se pueden clasificar según la topología. Se puede entender una fase exótica de la materia cuántica con la topología y la simetría subyacentes en los materiales físicos. El equipo creó un cristal sintético para átomos ultrafríos y por primera vez emula propiedades clave de un material topológico unidimensional (1-D) más allá de la condición natural. Los átomos ultrafríos son mil millones de veces más diluidos que los sólidos, pero permiten el estudio de la física compleja porque son extremadamente prístinas y controlables.

La clasificación de las fases cuánticas topológicas ha dado lugar a una noción fundamental de fases SPT, que son estados exóticos bajo la protección de simetrías, y ampliar enormemente nuestra comprensión de la naturaleza fundamental de la materia cuántica. Sin embargo, con mucho, solo una pequeña parte de las fases SPT predichas teóricamente se han descubierto en materiales de estado sólido, principalmente debido al entorno complicado e incontrolable de los materiales de estado sólido que causa grandes desafíos en la realización.

"Nuestro trabajo predijo en teoría un nuevo tipo de fase SPT, que está más allá de la clasificación tradicional basada en diez formas, y observado en un experimento un estado tan exótico en un cristal sintético diseñado con átomos ultrafríos, "dijo Xiong-Jun Liu, profesor asistente en la Universidad de Pekín y coautor del artículo. "Este trabajo es de hecho la primera realización experimental de una fase SPT para átomos ultrafríos, que abre una gran cantidad de posibilidades para simular y probar la nueva física SPT, ", Añadió el profesor Liu.

De hecho, este trabajo lleva la simulación cuántica de materia topológica al siguiente nivel, lo que puede conducir a avances dramáticos en la ciencia de los materiales y en la tecnología cuántica.

"Es más, debido a las ventajas de la controlabilidad total, Esperamos que el presente trabajo impulse futuros estudios en experimentos con átomos ultrafríos de fases SPT interactuantes, que se discuten ampliamente en teoría pero muy difíciles de investigar en materiales de estado sólido, "explicó Gyu-Booong Jo, profesor asistente en el Departamento de Física de HKUST y coautor del artículo.