Los materiales topológicos atraen un gran interés y pueden proporcionar la base para una nueva era en el desarrollo de materiales. En Avances de la ciencia , físicos alrededor de Andreas Elben, Jinlong Yu, Peter Zoller y Benoit Vermersch ahora presentan un nuevo método de medición para identificar y caracterizar los llamados invariantes topológicos en varias plataformas experimentales.

Hoy dia, Los simuladores cuánticos modernos ofrecen una amplia gama de posibilidades para preparar e investigar estados cuánticos complejos. Están realizados con átomos ultrafríos en redes ópticas, Átomos de Rydberg, iones atrapados o bits cuánticos superconductores. Una clase particularmente fascinante de estados cuánticos son los estados topológicos de la materia. David Thouless, Duncan Haldane y Michael Kosterlitz recibieron el Premio Nobel de Física en 2016 por su descubrimiento teórico. Estos estados de la materia se caracterizan por correlaciones cuánticas no locales y son particularmente robustos contra las distorsiones locales que ocurren inevitablemente en los experimentos.

Benoît Vermersch, Jinlong Yu y Andreas Elben del Centro de Física Cuántica de la Universidad de Innsbruck y del Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica de la Academia de Ciencias de Austria escriben:"Identificar y caracterizar tales fases topológicas en experimentos es un gran desafío. Las fases topológicas no pueden identificarse mediante mediciones locales debido a sus propiedades especiales. Por lo tanto, estamos desarrollando nuevos protocolos de medición que permitirán a los físicos experimentales caracterizar estos estados en el laboratorio".

En años recientes, esto ya se ha logrado para los sistemas que no interactúan. Sin embargo, para sistemas interactivos, que en el futuro también podrían usarse como computadoras cuánticas topológicas, esto no ha sido posible hasta ahora.

Con medidas aleatorias para un resultado definitivo

En Avances de la ciencia , Los físicos del grupo de investigación de Peter Zoller proponen ahora protocolos de medición que permiten medir los llamados invariantes topológicos. Estas expresiones matemáticas describen propiedades comunes de los espacios topológicos y hacen posible identificar completamente estados topológicos que interactúan con simetría global en una dimensión, sistemas bosónicos.

"La idea de nuestro método es preparar primero dicho estado topológico en un simulador cuántico. Ahora se realizan las llamadas mediciones aleatorias, y los invariantes topológicos se extraen de las correlaciones estadísticas de estas medidas aleatorias, "explica Andreas Elben.

La característica específica de este método es que, aunque los invariantes topológicos son muy complejos, funciones de correlación no local, todavía pueden extraerse de correlaciones estadísticas de simples, mediciones aleatorias locales. Al igual que con un método presentado recientemente por el grupo de investigación para comparar estados cuánticos en computadoras o simuladores, tales mediciones aleatorias son posibles en los experimentos de hoy.

"Nuestros protocolos para medir las invariantes topológicas pueden, por tanto, aplicarse directamente en las plataformas experimentales existentes, "dice Benoît Vermersch.