Investigadores de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) han simulado con éxito redes topológicas de alto orden (HOT) con una precisión sin precedentes utilizando computadoras cuánticas digitales. Estas complejas estructuras reticulares pueden ayudarnos a comprender materiales cuánticos avanzados con estados cuánticos robustos que son muy buscados en diversas aplicaciones tecnológicas.
El estudio de los estados topológicos de la materia y sus homólogos CALIENTES ha atraído considerable atención entre físicos e ingenieros. Este interés apasionado surge del descubrimiento de aislantes topológicos (materiales que conducen electricidad sólo en la superficie o en los bordes) mientras sus interiores permanecen aislados. Debido a las propiedades matemáticas únicas de la topología, los electrones que fluyen a lo largo de los bordes no se ven obstaculizados por ningún defecto o defecto en el material. Por lo tanto, los dispositivos fabricados con dichos materiales topológicos tienen un gran potencial para una tecnología de transporte o transmisión de señales más robusta.
Utilizando interacciones cuánticas de muchos cuerpos, un equipo de investigadores dirigido por el profesor asistente Lee Ching-hua del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias de NUS ha desarrollado un método capaz de codificar redes HOT grandes y de alta dimensión representativas de materiales topológicos reales. Se desarrolla un enfoque ampliado. Cadenas de espín simples que existen en las computadoras cuánticas digitales actuales. Su enfoque aprovecha la cantidad exponencial de información que se puede almacenar mediante qubits de computadoras cuánticas y al mismo tiempo minimiza los requisitos de recursos de computación cuántica de una manera resistente al ruido. Este avance abre una nueva dirección en la simulación de materiales cuánticos avanzados utilizando computadoras cuánticas digitales, abriendo así un nuevo potencial en la ingeniería de materiales topológicos.
Los resultados de esta investigación han sido publicados en la revista Comunicaciones de la naturaleza.
“Los avances actuales en los estudios de ventajas cuánticas se limitan a problemas de optimización muy específicos. Encontrar nuevas aplicaciones para las que las computadoras cuánticas proporcionen ventajas únicas es la principal motivación de nuestro trabajo”, dijo el profesor asistente Lee.
“Nuestro enfoque nos permite explorar las firmas complejas de materiales topológicos en computadoras cuánticas con un nivel de precisión antes inalcanzable, incluso para materiales hipotéticos en cuatro dimensiones”, añadió el profesor asistente Li.
A pesar de las limitaciones de los dispositivos cuánticos ruidosos de escala intermedia (NISQ) existentes, el equipo obtuvo dinámicas de estados topológicos y conservó espectros de intervalo medio de redes topológicas de alto orden con una precisión sin precedentes gracias a técnicas avanzadas de mitigación de errores desarrolladas internamente. Este desarrollo demuestra el potencial de la tecnología cuántica actual para explorar nuevas fronteras en la ingeniería de materiales. La capacidad de simular redes HOT de alta dimensión abre nuevas direcciones de investigación en materiales cuánticos y estados topológicos, lo que sugiere un posible camino para lograr una verdadera ganancia cuántica en el futuro.
