Avance cuántico: Simulación topológica abre nuevas fronteras en la ingeniería de materiales





Los investigadores han simulado con éxito las celosías topológicas de mayor orden (HOT) con una precisión sin precedentes utilizando computadoras cuántica digitales. Estas complejas estructuras de celosía pueden ayudarnos a entender materiales cuántanos avanzados con estados cuántico robustos que son muy buscados en varias aplicaciones tecnológicas.


El estudio de los estados topológicos de la materia y sus homólogos HOT ha atraído considerable atención entre físicos e ingenieros.

Este ferviente interés se deriva del descubrimiento de aislantes topológicos - materiales que conducen electricidad sólo en la superficie o bordes - mientras sus interiores permanecen aislándose.

 

Debido a las propiedades matemáticas únicas de la topología, los electrones que fluye a lo largo de los bordes no se ven obstaculizados por ningún defecto o deformación presente en el material.

Por lo tanto, los dispositivos fabricados con materiales topológicos tienen un gran potencial para una tecnología de transporte más robusta o transmisión de señales.

Utilizando interacciones cuánticas de muchos cuerpos, un equipo de investigadores liderado por el profesor asistente Lee Ching Hua, del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias de NUS, ha desarrollado un enfoque escalable para codar las celosías grandes y de alta dimensión representativas de materiales topológicos reales en las simples cadenas de giros que existen en las computadoras cuánticos digitales actuales.

Su enfoque aprovecha las cantidades exponenciales de información que se pueden almacenar utilizando qubits de computadora cuántica mientras se minimizan los requisitos de recursos computarizados cuántico de una manera resistente al ruido.

Este avance abre una nueva dirección en la simulación de materiales cuáncos avanzados utilizando computadoras cuánticas digitales, desbloqueando así un nuevo potencial en la ingeniería de materiales topológicos.

Los hallazgos de esta investigación han sido publicados en la revista Nature Communications.
 

Prof. Lee dijo: "Los estudios de avance en la acción en la ventaja cuántica se limitan a problemas muy específicos. Encontrar nuevas aplicaciones para las cuales los ordenadores cuántico proporcionan ventajas únicas es la motivación central de nuestro trabajo".

    "Nuestro enfoque nos permite explorar las intrincadas firmas de materiales topológicos en computadoras cuánticas con un nivel de precisión que antes era inalcanzable, incluso para los materiales hipotéticos existentes en cuatro dimensiones", agregó el profesor Lee.

A pesar de las limitaciones de los ruidosos dispositivos cuánticos de escala intermedia (NISQ) actuales, el equipo es capaz de medir la dinámica del estado topológico y los espectros de media brechas protegidas de celosías topológicas de mayor orden con una precisión sin precedentes gracias a técnicas avanzadas de mitigación de errores desarrollados internamente. Este avance demuestra el potencial de la tecnología cuántica actual para explorar nuevas fronteras en la ingeniería de materiales. La capacidad de simular las celosías HOT de alta dimensión abre nuevas direcciones de investigación en materiales cuánticos y estados topológicos, lo que sugiere una ruta potencial para lograr una verdadera ventaja cuántica en el futuro.


Fuente y enlace a la investigaciòn: 

  1. Jin Ming Koh, Tommy Tai, Ching Hua Lee. Realización de celosías topológicas de orden superior en una computadora cuántica. Nature Communications, 2024; 15 (1) DOI 10.1038/s41467-024-49648-5

Artículo Anterior Artículo Siguiente