Pour la première fois, un groupe de chercheurs de l'Université Complutense de Madrid, IBM, ETH Zurich, Le MIT et l'Université Harvard ont observé des phases topologiques de la matière d'états quantiques sous l'action de la température ou de certains types d'imperfections expérimentales. L'expérience a été menée à l'aide d'un simulateur quantique d'IBM.

Les simulateurs quantiques ont été imaginés pour la première fois par le lauréat du prix Nobel Richard Feynman en 1982. Les ordinateurs classiques ordinaires sont inefficaces pour simuler des systèmes de particules quantiques en interaction. Ces nouveaux simulateurs sont véritablement quantiques et peuvent être contrôlés très précisément. Ils répliquent d'autres systèmes quantiques plus difficiles à manipuler et dont les propriétés physiques restent très inconnues.

Dans un article publié dans la revue Informations quantiques , les chercheurs décrivent l'utilisation d'un simulateur quantique avec des qubits supraconducteurs chez IBM pour reproduire des matériaux appelés isolants topologiques à température finie, et mesurer pour la première fois leurs phases quantiques topologiques.

Les phases topologiques de la matière représentent un domaine de recherche très passionnant et actif qui révolutionne la compréhension de la nature et de la science des matériaux. L'étude de ces nouvelles phases de la matière a donné naissance à de nouveaux matériaux tels que les isolants topologiques, qui se comportent comme des isolants réguliers dans la masse et comme des métaux aux frontières. Ces courants électroniques limites ont un spin polarisé.

Depuis la découverte de la matière topologique, les chercheurs ont cherché des moyens innovants de maintenir leurs propriétés à température finie. Les travaux théoriques antérieurs des chercheurs de l'Universidad Complutense ont proposé une nouvelle phase quantique topologique, la phase Uhmann, caractériser ces phases de la matière dans les systèmes thermiques. La phase d'Uhlmann permet aux chercheurs de généraliser les phases topologiques de la matière aux systèmes avec température.

Les résultats représentent la première mesure des phases quantiques topologiques avec la température, et faire progresser la synthèse et le contrôle de la matière topologique à l'aide des technologies quantiques. Entre autres applications, la matière quantique topologique pourrait être utilisée comme matériel pour les futurs ordinateurs quantiques en raison de sa robustesse intrinsèque contre les erreurs. Les résultats expérimentaux présentés dans ce travail montrent comment ces phases quantiques topologiques peuvent également être robustes contre les effets de la température.