Os fases quânticas de matéria são muito mais complexas de categorizar do que as fases convencionais, como sólidos, líquidos e gases. Enquanto podemos facilmente identificar essas fases baseadas em suas propriedades, as fases quânticas apresentam desafios significativos para os físicos.

Embora tenham feito progressos consideráveis em classificar fases quânticas em sistemas isolados, os cientistas enfrentam dificuldades para classificar aquelas em sistemas abertos, que interagem livremente com seu ambiente. Isso tem impedido uma compreensão mais profunda de novos comportamentos quânticos e sua aplicação em computação quântica.

Novo framework para classificação

Em um recente artigo publicado na revista Physical Review X, pesquisadores do Instituto Anthony J. Leggett de Teoria de Materia Condensada da Universidade de Illinois desenvolveram um novo framework para classificar fases quânticas em sistemas abertos.

Este trabalho supera as limitações dos métodos atuais de classificação, permitindo que os cientistas distinguam entre uma ampla gama de fenômenos quânticos.

Classificação por simetria e topologia

A classificação tradicional de fases de matéria baseia-se em simetrias. Por exemplo, os líquidos têm alta simetria, enquanto os sólidos cristalinos possuem simetrias apenas ao longo de eixos bem definidos. No entanto, muitas fases quânticas também dependem de topologia, uma área da matemática que estuda propriedades fundamentais de formas globais, ignorando detalhes locais pequenos.

As fases quânticas topológicas são caracterizadas por invariantes topológicos, números especiais que não mudam sob deformações contínuas. Isso permite distinguir fases quânticas que seriam indistinguíveis por simetria sozinha.