Когда Фрэнк Вильчек, профессор Массачусетского технологического института и лауреат Нобелевской премии, в 2012 году проводил занятия по обычным кристаллам, таким как соль или снежинки, он впервые выдвинул гипотезу о существовании кристаллов времени. Кристаллы, как и решетки, включают атомы или молекулы, которые тесно упакованы вместе в трехмерные узоры, которые кажутся решеткой.
Вильчек выдвинул гипотезу, что время, которое рассматривается как четвертое измерение в теории относительности, может быть использовано для построения кристаллической структуры. Движение кристалла времени не было бы ограничено фиксированным набором атомов.
Физики были настроены скептически, утверждая, что кристалл времени с безэнергетическими петлевыми атомами был бы сродни вечному двигателю, что противоречит правилам физики. Они ошибались.
В качестве контраргумента Вильчек утверждал, что кристаллы времени более тесно связаны со сверхпроводниками, в которых электроны текут без сопротивления и, теоретически, могут делать это бесконечно долго без добавления энергии в систему. электроны двигались бы по петле, а не по прямой, и иногда собирались бы, а не текли свободно, повторяясь во времени так, как атомы повторяются в пространстве в обычном кристалле.
Мифология кристаллов
Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли во главе с Норманом Яо опубликовали статью, в которой описываются шаги, необходимые для создания кристалла времени. Две команды уже испробовали этот рецепт.
Этот механизм используется в кристалле времени Яо для генерации повторяющейся картины периодического движения, когда к нему прикладывается внешняя сила, такая как импульс лазера, который изменяет спин одного иона, а затем спин следующего.
Важно учитывать две вещи. После первого драйвера система должна быть закрытой системой, неспособной взаимодействовать с окружающей средой или терять энергию. Во-вторых, стабильность кристалла времени зависит от взаимодействий между квантовыми частицами. Как выразился Яо, “это эмерджентный феномен». ”Для связи и синхронизации требуется много частиц и много спинов».
В настоящее время две группы изготовили кристаллы времени в лаборатории, используя рецепт Яо в качестве руководства. Исследователи из Университета Мэриленда в Колледж-Парке во главе с Крисом Монро построили кристалл времени в сентябре прошлого года, используя цепочку заключенных ионов иттербия.
После этого Михаил Лукин из Гарвардского университета возглавил команду по созданию кристалла времени с использованием дефектов алмаза. Они оба прислали свои статьи для публикации в журнале.
Реконструкция прошлого
Повторяющиеся узоры, которые в два раза длиннее, чем те, которые создаются лазерным импульсом, являются контрольным показателем кристаллов времени. Как ученые определили, было ли это связано с тем, что вы постоянно пульсировали лазером? Об этом свидетельствует тот факт, что кристалл оседает в другой период времени, чем движущий импульс, который его приводит в движение.
Иными словами, кристаллы времени — это больше, чем просто интересная аномалия: они представляют собой простейшую форму нового состояния неравновесной материи, которое ученые только недавно начали исследовать.
Физик из Калифорнийского технологического института Спиридон Михалакис считает, что работа Яо “устраняет разрыв между теорией и экспериментом, предлагая реальные предложения для экспериментальных платформ”.
Использование кристаллов времени в построении стабильных кубитов квантовых вычислений имеет огромный потенциал. Состояние запутанности кубит-кубит имеет важное значение для этих устройств, поскольку оно позволяет им хранить информацию, но даже малейшее внешнее вмешательство может привести к неточностям в расчетах.
Кубиты могут быть должным образом изолированы как средство предотвращения этого. Строительные блоки, которые по своей сути являются надежными, были исследованы многими группами, включая Microsoft Station Q. Одним из примеров является объединение квантовых битов в узлы. Для обработки квантовых данных в будущем могут быть полезны топологические состояния, такие как кристаллы времени.
