Физици създадоха първия в света времеви квантов кристал

Изследователи са създали първия в света квантов кристал, който демонстрира нарушение на времевата симетрия, и казват, че един ден може да се използват като квантова памет, съобщава MIT Technology Review.

Резултатите от научните изследвания на Крис Монро (Chris Monroe) от Университета на Мериленд в Колидж Парк и група учени са публикувани на сайта arXiv.org.

Физиците разглеждат концепцията за времеви кристал по аналогия на обикновените пространствени кристали.

Отличителна черта на последните е строгата им подреденост в определени посоки. Описвайки кристализацията на веществата от наситен разтвор, може да се говори за нарушаване на симетрията в течност, чийто свойства са едни и същи във всички посоки, но симетрията на кристализацията е ограничена. Подобно нарушение на симетрията, но във времето, позволява да говорим за хипотетични времеви кристали, т. e. такива системи, в които стават строго периодични процеси.

Прост аналог на времеви кристал може да бъде едно идеално махало, но движението на махалата, дори на най-съвършените, неизбежно ще затихват поради загуба на енергия. Това е вярно за всички макроскопични системи, не само за махалата. Обаче някои физици смятат, че може да се създадат системи, които могат да поддържат периодично движение и да са стабилни във времето. Това може да стане, според тях, в микроскопичен мащаб, в скалата, където загубата и придобиването на енергия е ограничено от квантуването.

Един от ентусиастите за създаване на такива кристали е Нобеловият лауреат Франк Уилчек, който посвещава на тях две основополагащи работи през 2012 година. В тях се говори за хипотетични квантови и класически системи, в коиото може да се наблюдава неограничено във времето (не бива да се бъркат с вечния двигател, от тях не може да се черпи енергия). Тези модели обаче са критикувани от други физици, които са стигнали до заключението, че е невъзможно съществуването на времеви кристали в равновесни системи с минимална енергия. Минимална енергия в този случай играе решаваща роля за възможността за съществуването на времеви кристали. Именно тя осигурява неограничеността на движението във времето - ако системата няма нищо за губене, то тя ще остане в базовото си състояние неопределено време. Ако системата е нестабилна, тя просто няма да е времеви кристал.

^{http://arxiv.org/abs/1609.08684: Observation of a Discrete Time Crystal}

Технически системата, създадена от екипа на Монро, група от йони на итербий, разположени във формата на пръстен, върху подложка в охладен капан. Охладена до много ниски температури, системата преминава в състояние с най-ниска възможна енергия. Всеки от атомите има собствен спин, за сметка на което всички атоми от пръстена си взимодействат един с друг. Когато физиците променят спина на някой атом, произвеждайки смущение в системата с помощта на лазер, изменението на спина на един атом води до изменение на спина на друг и така нататък. В системата възниква осцилация, честотата на която зависи от честотата на смущението, произведено от лазера.

Според изследователите тези кристали може да се използват в устройства, които използват квантова памет, по-специално при създаването на квантови компютри.

Още по темата

06/04/2015

Физика

Пространствено-времеви трансформации и закони за запазване. Теорема на Ньотер.

26/03/2015

Земята

Кристалите-тържеството на симетрията

21/02/2015

Физика

Стрелата на времето