Два кристали часу вперше успішно об’єднали разом

кристали часу

Фізики щойно зробили дивовижний крок до створення квантових пристроїв, які звучать як щось із наукової фантастики.

Вперше ізольовані групи частинок, що ведуть себе як химерні стани матерії, відомі як кристали часу, були об’єднані в єдину систему, що розвивається. Вона може бути неймовірно корисною в квантових обчисленнях.

Після першого спостереження взаємодії між двома кристалами часу, докладно описаної у статті два роки тому, це наступний крок до потенційного використання кристалів часу для практичних цілей, таких як квантова обробка інформації.

Кристали часу, офіційно відкриті та підтверджені у 2016 році, колись вважалися фізично неможливими. Вони є фазою речовини, дуже схожою на звичайні кристали, але з однією додатковою, своєрідною і дуже особливою властивістю.

У правильних кристалах атоми розташовуються у фіксованій тривимірній сітчастій структурі, подібній до атомної решітки кристала алмазу або кварцу. Ці решітки, що повторюються, можуть відрізнятися по конфігурації, але будь-який рух, який вони демонструють, походить виключно від зовнішніх поштовхів.

У кристалах часу атоми поводяться трохи інакше. Вони демонструють закономірності руху в часі, які не можна просто пояснити зовнішнім поштовхом. Ці коливання, звані “цоканням”, прив’язані до регулярної та певної частоти.

Теоретично кристали часу цокають у найнижчому з можливих енергетичних станів – відомому як основний стан – і тому стабільні та когерентні протягом тривалих періодів часу. Отже, там, де структура правильних кристалів повторюється у просторі, у тимчасових кристалах вона повторюється у просторі та часі, демонструючи, в такий спосіб, вічний рух у основному стані.

“Всі знають, що вічні двигуни неможливі”, – говорить фізик і провідний автор Самулі Аутті з університету Ланкастера у Великобританії. «Однак у квантовій фізиці вічний рух припустимий, поки ми тримаємо очі заплющеними. Пробравшись у цю щілину, ми можемо створювати кристали часу.”

Кристали часу, з якими працювала команда, складаються з квазічастинок, які називаються магнонами. Магнони не є справжніми частинками, бо складаються з колективного збудження спина електронів, подібно до хвилі, яка поширюється через ґрати спинів.

Магнони з’являються, коли гелій-3 – стабільний ізотоп гелію з двома протонами, але з одним нейтроном – охолоджується з точністю до однієї десятитисячної градуси абсолютного нуля. Це створює те, що називається надплинною фазою B, рідиною з нульовою в’язкістю та низьким тиском.

У цьому середовищі кристали часу сформувалися як просторово різні конденсати Бозе-Ейнштейна, кожен із яких складається з трильйону магнонних квазічастинок.

Коли двом кристалам часу дозволили торкнутися одне одного, вони обмінялися магнонами. Цей обмін вплинув на коливання кожного з кристалів часу, створивши єдину систему з можливістю функціонування у двох дискретних станах.

У квантовій фізиці об’єкти, які можуть мати більше одного стану, існують у суміші цих станів до того, як вони будуть зафіксовані чітким виміром. Таким чином, наявність кристала часу, що працює в системі з двома станами, дає багаті нові можливості як основа для квантових технологій.

Потрібна подальша розробка більш складних взаємодій між кристалами часу та їх точного управління, а також спостереження за взаємодіючими кристалами часу без необхідності охолоджених надплинних рідин. Але вчені налаштовані оптимістично.

«Виявляється, об’єднання двох із них чудово працює, навіть якщо кристалів часу взагалі не повинно існувати», — каже Аутті. «І ми вже знаємо, що вони існують і за кімнатної температури».

Дослідження опубліковано у Nature Communications.

Залишити коментар

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься.