Nuove simulazioni quantistiche svelano il potenziale dei materiali topologici nel calcolo quantistico

RomeRicercatori dell'Università Nazionale di Singapore (NUS) hanno compiuto un significativo passo avanti simulando con precisione reticoli topologici di ordine superiore utilizzando computer quantistici digitali. Questo progresso migliora lo studio di avanzati materiali quantistici noti per i loro stati quantistici stabili, che hanno numerose applicazioni tecnologiche.

Questa ricerca è cruciale per diverse ragioni: consente la simulazione di complessi reticoli HOT utilizzando semplici catene di spin su computer quantistici digitali, introduce nuove tecniche per ridurre gli errori migliorando la precisione sui dispositivi quantistici attuali rumorosi a scala intermedia (NISQ), e apre nuove vie affinché i computer quantistici possano superare quelli classici in compiti specifici.

Lo studio si concentra sugli stati topologici della materia, noti per le loro proprietà uniche. I materiali come gli isolanti topologici consentono il passaggio dell'elettricità solo sulle loro superfici o bordi, mantenendo l'interno non conduttivo. Queste caratteristiche li rendono molto promettenti per la creazione di dispositivi che necessitano di trasporto affidabile o trasmissione del segnale.

Il team guidato dal Professore Associato Lee Ching Hua ha programmato con successo computer quantistici digitali per modellare grandi e complesse reticoli. Questo metodo sfrutta la elevata capacità di immagazzinamento dei qubit. Utilizzando meno risorse e riducendo il rumore, hanno ottenuto misurazioni molto precise del comportamento degli stati topologici e degli spettri mid-gap, anche per materiali teorici in dimensioni superiori.

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L'avanzamento è significativo perché dimostra che il calcolo quantistico può essere utilizzato in maniera pratica nelle scienze dei materiali. Anche se i dispositivi quantistici attuali presentano errori, i metodi del team ci permettono di studiare materiali quantistici che prima erano inaccessibili. Questo suggerisce che nel futuro potremmo usare i computer quantistici per creare nuovi materiali con caratteristiche specifiche, rivoluzionando settori come l'elettronica, la fotonica e l'elaborazione delle informazioni quantistiche.

I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati su Nature Communications, dimostrando come le loro scoperte possano essere applicate nella vita reale. Il loro metodo è scalabile e rappresenta sia un traguardo accademico che un passo avanti verso l'uso della tecnologia quantistica nell'ingegneria dei materiali e in altri settori.

Utilizzare queste tecniche avanzate di simulazione nei computer quantistici digitali potrebbe portare a significativi miglioramenti in vari settori, tra cui:

• Ingegneria dei Materiali: Creazione di materiali con proprietà specifiche per usi avanzati.
• Calcolo Quantistico: Migliori metodi di correzione degli errori per rendere i dispositivi quantistici più efficaci.
• Applicazioni Tecnologiche: Costruzione di sistemi più solidi ed efficienti per il trasporto e la comunicazione.

Man mano che la tecnologia quantistica progredisce, saremo probabilmente in grado di simulare complesse reticoli topologici, aprendo nuove strade per la ricerca e avanzamenti tecnologici. Il risultato ottenuto dal team della NUS ci prepara per future scoperte e applicazioni nel campo in rapida crescita dei materiali quantistici.