Кристаллы времени, также называемые кристаллами пространства-времени, можно назвать системами квантовых частиц. Они воспроизводимы во времени и пространстве, и физикам удалось объединить две такие структуры.
Кристаллы времени, изучаемые авторами публикации Nature Communications , состоят из квазичастиц, называемых магнонами. Они представляют собой коллективное возбуждение спина электрона и напоминают волну, распространяющуюся в спиновой решетке. После первого наблюдения взаимодействия между двумя кристаллами времени, о котором сообщалось два года назад, ученые сделали еще один шаг к потенциальному использованию этих структур в практических целях.
О каких целях мы говорим? Прежде всего, о квантовой обработке информации. Конечно, на данный момент сложно представить, что кристаллы времени можно было бы использовать в таком контексте, потому что сначала нужно решить ряд проблем. Тем не менее, вы можете увидеть свет в туннеле. Тем более, что это не первый успех за последнее время. Несколько месяцев назад другая исследовательская группа объявила о создании кристаллов времени при комнатной температуре. При этом не было необходимости изолировать их от окружающей среды.
Существенные отличия от «обычных» кристаллов
Вернемся к сути проблемы. В то время как в «обычных» кристаллах атомы расположены в твердой трехмерной решетчатой структуре, во временных кристаллах атомы ведут себя по-другому. В первом случае вышеупомянутые сетки могут различаться по конфигурации, но любые их перемещения происходят исключительно от внешних воздействий. Во-вторых, «тикающие» модели движений имеют закономерную и специфическую частоту, но не могут быть объяснены так же, т. е. наличием внешних воздействий.
Когда кристаллы времени тикают в минимально возможном энергетическом состоянии, они обретают стабильность в течение длительных периодов времени. На практике это приводит к тому, что строение обычных кристаллов повторяется в пространстве, а в кристаллах времени это относится и к пространству, и к времени.
Кристаллы времени и квантовые технологии
Самули Аутти из Университета Ланкастера возглавил группу, проводившую исследования магнонов. Они образуются, когда изотоп, известный как гелий-3, охлаждается до температуры на 1/10 000 градусов Цельсия выше абсолютного нуля. В результате получается супержидкость с нулевой вязкостью и низким давлением. В ней образуются конденсаты Бозе-Эйнштейна, каждый из которых состоит из триллиона квазичастиц. Таким образом, магноны начинают переходить в свое самое низкое энергетическое состояние, двигаясь чрезвычайно медленно и приближаясь достаточно близко, чтобы перекрыться и сформировать облако атомов высокой плотности. Когда два кристалла времени соприкасались, они обменивались магнонами, что, в свою очередь, влияло на колебания каждого кристалла. В конечном итоге была создана единая система, способная функционировать в двух отдельных состояниях.