Фізики з Вашингтонського університету зробили прорив у квантовій механіці, створивши нову фазу матерії – часові кристали та ще більш передову форму – часові квазікристали. Ці унікальні матеріали порушують традиційні закони фізики, зберігаючи вічний рух, і можуть стати революцією у квантових обчисленнях та прецизійному вимірюванні часу, забезпечуючи стабільний і енергоефективний спосіб збереження квантової інформації.
Що таке часовий кристал?
Звичайні кристали, такі як алмази або кварц, мають впорядковану структуру атомів, які формують повторювані візерунки у просторі. Так само частинки у часовому кристалі формують періодичні візерунки, але не в просторі, а в часі. Це означає, що вони вічно коливаються або «цокають» з постійною частотою, подібно до ідеального годинника, що не потребує підзаводу чи батарей.
Унікальні властивості та створення часових кристалів
Перший часовий кристал було створено у 2016 році в Університеті Меріленду. Дослідники з Вашингтонського університету пішли далі й створили ще складнішу фазу – часовий квазікристал. На відміну від звичайних часових кристалів, часові квазікристали мають багаторівневі ритми, схожі не на одну ноту, а на гармонійний акорд. Це робить їх ще більш унікальними та корисними для науки.
Як створюють часові квазікристали?
Дослідники використали міліметровий шматочок алмазу, в який бомбардували потоки азоту, щоб вибити атоми вуглецю та створити атомні «порожнечі». Ці порожнечі формують квантові взаємодії між електронами, що й утворюють часові квазікристали. Для запуску «цокання» квазікристала використовували мікрохвильові імпульси, які створюють порядок у часі.
Потенційні застосування часових кристалів та квазікристалів
Квантові сенсори – часові кристали можуть слугувати надточними датчиками магнітних полів та інших квантових ефектів. Ідеальні годинники – на відміну від кварцових осциляторів, часові кристали не дрейфують у часі та не потребують калібрування. Квантові комп’ютери – завдяки здатності до довготривалого збереження інформації, часові кристали можуть стати аналогом квантової оперативної пам’яті (Quantum RAM).
Попри те, що ця технологія ще далека від практичного застосування, створення часового квазікристала є важливим кроком у розвитку квантової науки.
