06 юли 2022
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

За първи път е създаден кубит от два времеви кристала

Два различни времеви кристала са комбинирани в една система

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 06 юни 2022 в 00:01 96691
Физиците разглеждат концепцията за времеви кристал по аналогия на обикновените пространствени кристали.

Темпоралният или времеви кристал е различен от стандартния кристал, който изгражда метали или минерали и който се състои от атоми, подредени в равномерно повтарящ се модел в пространството.

Времевият кристал е нов вид материя, която има невероятна прилика с вечен двигател. Неговите части теоретично могат да се движат в повтарящ се цикъл, без да изразходват енергия като часовник, който работи вечно без никакви батерии.

Смятаните за невъзможни темпорални кристали за първи път са предсказани теоретично през 2012 г. от нобеловия лауреат Франк Вилчек (Frank Wilczek). 

Вечните двигатели са невъзможни, но в квантовия свят много неща стават възможни. През 2016 г. бе съобщено за създаването на първия квантов времеви кристал.

Сега е създадена първата в света наблюдаема единна система от два темпорални кристала, чиито състояния са в суперпозиция.

Откритието, публикувано в списание Nature Communication, показва, че тези квантови "играчки" имат потенциала да бъдат превърнати в полезни устройства като квантова памет например.

Нарушаване на симетрията и времеви кристали

кристали

Отличителна черта на обикновените пространствени кристали 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.

Концепцията за квантов темпорален кристал предполага съществуването на обект, чиито атоми са в постоянно движение, като повтарят различните си конфигурации с определена периодичност във времето и в същото време не получават енергия отвън. Това свойство се нарича нарушение на инвариантността (симетрията) по отношение на изместването на времето. Директното наблюдение на такова движение е невъзможно, тъй като това действие включва въвеждане на енергия в системата, тоест създаването на времеви кристал изисква пълна изолация от околната среда, включително и от наблюдателя.

Такава система може да се разглежда като кубит, най-малката единица информация в квантовия компютър. Всеки темпорален кристал е съставен от трилион квазичастици, наречени магнони в свръхфлуидната (т.е. може  да се движи безкрайно без триене или загуби) фаза на изотопа хелий-3, поместен в кварцов цилиндър.

Магнонът е елементарно възбуждане (квант) на система от взаимодействащи спинове на електрони, тоест това е вълна от променящи магнитния си момент частици. Магноните вътре в хелий-3 се проявяват като кванти на напречните вълни, влияещи на резултантното намагнитване, което се колебае (прецесира) във външно магнитно поле.

 Схема за образуване на темпорален кристал. Темпоралният кристал е отбелязан като синя капка ​​в контейнер, пълен със свръхфкуиден хелий-3. Пръстенът от проводник, отбелязан в зелено, създава статично магнитно поле, а прецесията на намагнитването (лилав конус) се наблюдава с две вертикални намотки отстрани. Кредит: Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-022-30783-w

При достатъчно висока плътност на магноните и ниска температура на хелий-3 (охладен до около една десет хилядна от градуса от абсолютната нула), магноните образуват Бозе-Айнщайнов кондензат - състояние на материята, в което всички съставни частици (в този случай магноните) заемат едни и същи енергийни състояния (защото са бозони) и се държат като единичен квантов обект с един спин. В този случай прецесията на спина на магноновия кондензат се проявява като периодично движение, характерно за времеви кристал.

Кредит: Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-022-30783-w

Двата темпорални кристала представляват "капки", разположени една над друга в контейнер с хелий-3. Втората "капка" е близо до повърхността на свръхфлуидната течност.

Учените демонстрират, че система от два кохерентно взаимодействащи си кристала проявява свойства, характерни за типична квантова система от две състояния.

Въртящ се изстуден времеви кристал

Изследователите охлаждат свръхфлуидния хелий-3 до почти абсолютната нула (минус 273,15°C) в този въртящ се хладилник, където са създадени два времеви кристала. Кредит: © Aalto University/Mikko Raskinen

Д-р Самули Аути (Samuli Autti), водещ автор от катедрата по физика на Университета в Ланкастър, обяснява: „Всеки знае, че вечните двигатели са невъзможни. Но в квантовата физика нищо не пречи на вечното движение, ако си затворим очите. Промъквайки се през тази пукнатина, можем да направим времеви кристали".

„Оказва се, че сглобяването на два от тях работи прекрасно, макар че времевите кристали не трябва да съществуват всъщност. И вече знаем, че съществуват и при стайна температура", коментира д-р Самули Аути.

Авторите на статията смятат, че такива двустепенни системи могат да бъдат създадени и при стайна температура, например под формата на магнони във филми от итриев железен гранат. Така могат да се разработват нови методи за квантова обработка на информация без нужда от екстремно охлаждане.

Справка: S. Autti, P. J. Heikkinen, J. Nissinen, J. T. Mäkinen, G. E. Volovik, V. V. Zavyalov, V. B. Eltsov. Nonlinear two-level dynamics of quantum time crystals. Nature Communications, 2022; 13 (1) DOI: 10.1038/s41467-022-30783-w

Източници:

Time crystals 'impossible' but obey quantum physics, Lancaster University

Two Time Crystals Have Been Successfully Linked Together For The First Time
MICHELLE STARR, Science Alert


vmv
Рейтинг : 12424
06.06 2022 в 09:44 1
+ 2
- 1
Въпросът се "решава" философски: Вечно движение има, вечен двигател няма! (от древни времена е известно)
Ако евентуално Изследовател реши да ползва това вечно движение (да вземе движение), то преди това трябва 1.да вложи енергия, 2. да изчака превръщанията (заради непрестанното образуване на обектите), 3. да хване резултата от "старо-ново" състояние, непременно без загуби! и да го използва (моделира вечен двигател). И трите етапа се съпровождат със загуби - фотони "отлитат" от мястото на действие и без ново влагане на енергия - спира да е "вечен двигател". Същото-подобно е споменато и в статията:
"Концепцията за квантов темпорален кристал предполага съществуването на обект, чиито атоми са в постоянно движение, като повтарят различните си конфигурации с определена периодичност във времето и в същото време не получават енергия отвън. Това свойство се нарича нарушение на инвариантността (симетрията) по отношение на изместването на времето. Директното наблюдение на такова движение е невъзм
 
Още от : Физика
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.