Fyzici po prvýkrát ovládli interakciu časových kryštálov

(Steve Story Photography/Getty Images)

Existencia časových kryštálov - obzvlášť fascinujúca stav hmoty - bola potvrdená len pred niekoľkými rokmi, ale fyzici už urobili dosť veľký prielom: vyvolali a pozorovali interakciu medzi dvoma časovými kryštálmi.

V supratekutom héliu-3 sa vymenili dva časové kryštály kvázičastice bez narušenia ich súdržnosti; úspech, ktorý podľa výskumníkov otvára možnosti pre vznikajúce oblasti, ako je kvantové spracovanie informácií, kde je súdržnosť životne dôležitá.

„Ovládanie interakcie dvoch časových kryštálov je veľkým úspechom. Predtým nikto nepozoroval dva časové kryštály v tom istom systéme, nehovoriac o ich interakcii,“ povedal fyzik a hlavný autor Samuli Autti z Lancaster University vo Veľkej Británii.



„Kontrolované interakcie sú položkou číslo jedna na zozname želaní každého, kto chce využiť a časový kryštál pre praktické aplikácie, ako je kvantové spracovanie informácií.“

Časové kryštály sú celkom fascinujúce. Vyzerajú ako normálne kryštály, ale majú ďalšiu zvláštnu vlastnosť.

V pravidelných kryštáloch sú atómy usporiadané do a pevná, trojrozmerná štruktúra mriežky , ako je atómová mriežka diamantu alebo kremenného kryštálu. Tieto opakujúce sa mriežky sa môžu líšiť v konfigurácii, ale veľmi sa nepohybujú: opakujú sa iba priestorovo.

V časových kryštáloch sa atómy správajú trochu inak. Kývajú, otáčajú sa najprv jedným a potom druhým smerom. Tieto oscilácie – označované ako „tikanie“ – sú viazané na pravidelnú a konkrétnu frekvenciu. Takže tam, kde sa štruktúra pravidelných kryštálov opakuje v priestore, v časových kryštáloch sa opakuje v priestore a čas .

Teoreticky, časové kryštály tikajú vo svojom najnižšom možnom energetickom stave - známom ako základný stav - a preto sú stabilné a koherentné počas dlhých časových období. To by sa dalo využiť, ale len vtedy, ak by sa v riadenej interakcii zachovala ich súdržnosť.

Autti a jeho kolegovia zo Spojeného kráľovstva a Fínska si teda dohodli stretnutie s časovým krištáľom. Najprv ochladili hélium-3 - stabilný izotop hélia s dvoma protónmi, ale iba jedným neutrónom - na jednu desaťtisícinu stupňa absolútnej nuly, čím vytvorili supratekutinu fázy B, kvapalinu s nulovou viskozitou a nízkym tlakom.

V tomto médiu sa dva časové kryštály objavili ako priestorovo odlišné Bose-Einsteinove kondenzáty kvázičastíc magnónu. Magnóny nie sú skutočné častice, ale pozostávajú zo spoločnej excitácie spinu elektrónov - ako vlny, ktorá sa šíri cez mriežku spinov.

Keď fyzici dovolili, aby sa dva časové kryštály dotýkali, vymenili si magnóny – čím sa oscilácia zmenila na opačnú fázu bez obetovania koherencie.

Výsledky boli v súlade s a supravodivosť fenomén známy ako Josephsonov efekt , v ktorom prúd tečie medzi dvoma kusmi supravodivého materiálu oddelenými tenkým izolátorom známym ako Josephsonov prechod. Tieto štruktúry sú jednou z viacerých, ktoré sa skúmajú konštrukcia qubitov , základné jednotky informácií v a rovnako ako počítač .

Je to len veľmi jednoduchá interakcia, no otvára dvere pokusom o vytvorenie a ovládanie oveľa sofistikovanejších.

'Naše výsledky ukazujú, že časové kryštály sa riadia všeobecnou dynamikou kvantovej mechaniky a ponúkajú základ pre ďalšie skúmanie základných vlastností týchto fáz, čím sa otvárajú cesty pre možné aplikácie v rozvojových oblastiach, ako je kvantové spracovanie informácií,' napísali vedci vo svojom článku .

'Koherentné kvantové systémy s dlhou životnosťou s laditeľnými interakciami, ako sú tu študované robustné časové kryštály, poskytujú platformu na budovanie nových kvantových zariadení založených na spinovo koherentných javoch.'

Výskum bol publikovaný v r Prírodné materiály .

O Nás

Publikácia Nezávislých, Osvedčených Skutočností O Správach O Zdraví, Priestore, Prírode, Technológii A Životnom Prostredí.