Araştırmacılar iki zaman kristalini ilk kez birleştiriyor

   Bilim adamları, 2012 yılında fizikçi Frank Wilczek tarafından önerilen bir kavram olan zaman kristallerinin var olamayacağına uzun zamandır inanıyorlardı. Ancak ilk kez kristal, ilk kez 2016'da yaratıldı. Bugün bir ekip, iki zaman kristalini tek bir sistemde birleştirmeyi başardığını iddia ediyor. Bu buluş bizi maddenin bu tuhaf evresinin pratik uygulamasına bir adım daha yaklaştırıyor.

   Bir zaman kristali , temel durumunda (en düşük enerji durumu) periyodik hareket halindeki makroskopik bir kuantum sistemidir. Somut olarak, klasik bir kristal gibi tekrarlanan bir desene göre sıralanmış, ancak bir osilatör gibi periyodik olarak hareket edip orijinal durumuna dönen bir parçacıklar grubundan oluşan bir yapıdır. Standart kristallerin dizilimi sadece uzayda tekrarlanırken, zaman kristallerinin dizilimi zaman içinde de tekrar eder.

   Herhangi bir enerji girişi olmaksızın bir halden diğerine sonsuza kadar gidebildikleri için, bu kristaller fiziğin en önemli yasalarından birini, termodinamiğin ikinci yasasını bozarlar. entropi artışı. Sabit akışta, bu kristaller yine de sabit kalır. Bu uzun süreli kararlılık ve tutarlılık nedeniyle kuantum hesaplamada çok faydalı olabilirler.

Magnonlardan oluşan iki seviyeli bir sistem

   İki yıl önce, aynı araştırma ekibi ilk kez iki zaman kristali arasındaki etkileşime tanık oldu . Hiç kimse, aynı sistemdeki iki zaman kristalini, bırakın birbirleriyle etkileşime girmeyi, gözlemlememişti. Yeni bir deneyde, bu kez iki seviyeli tek bir makroskopik sistem oluşturmak için “magnon” adı verilen yarı parçacıklardan oluşan iki zamansal kristali birleştirmeyi başardılar. Ancak böyle bir sistem, bir kuantum bilgisayarın temel öğesidir.

   “ Her ne kadar en başta zaman kristallerinin var olmaması gerekse de, ikisini bir araya getirmenin harikalar yarattığı ortaya çıktı. Lancaster Üniversitesi Fizik Bölümü'nde araştırmacı ve deneyi açıklayan makalenin baş yazarı Samuli Autti, bunların oda sıcaklığında da var olduklarını zaten biliyoruz .

   Magnonlar gerçekte parçacıklar değil, elektronların spinlerinin toplu uyarılma modlarıdır , tıpkı bir spin ağı boyunca yayılan bir dalga gibi - bunlar "spin dalgaları" olarak da kabul edilirler. Bu magnonlar, bir nötronu eksik olan nadir bir helyum izotopu olan helyum-3'ü mutlak sıfırdan (0.0001 K veya -273.15°C) bir derecenin yaklaşık on binde birine kadar soğutmak suretiyle oluşturuldu. Bu sıcaklıkta, helyum 3, iki süper akışkan (A ve B ile gösterilir) dahil olmak üzere birkaç faza sahiptir.

   Araştırmacılar , süperakışkan B fazında , her biri 10 12 magnondan oluşan, uzaysal olarak farklı Bose-Einstein yoğuşmaları olarak iki zaman kristali yarattılar . onların makalesinde.

Kübit görevi görebilecek zaman kristalleri

   Bir hatırlatma olarak, bir Bose-Einstein yoğuşması, yeterince düşük bir sıcaklıkta parçacıkların (bozonların) tümünün, belirli özellikler kazandıran en düşük enerjili kuantum durumunu (temel durum) işgal ettiği bir madde durumudur. Atomlar son derece yavaş hareket eder ve üst üste gelene kadar birbirlerine yaklaşırlar; bu, tek bir madde dalgası olarak hareket eden bir tür yüksek yoğunluklu "atom bulutu" üretir.

   İki zaman kristali temas ettirildiğinde, magnonları değiş tokuş ettiler. Bu değişim daha sonra her birinin salınımını değiştirerek iki ayrı durumdan oluşan birleşik bir sistem yarattı. Bu, kuantum fiziğine dayanan tüm teknolojiler için büyük bir atılımı temsil ediyor. Aslında, herhangi bir kuantum sistemi, tanımı gereği aynı anda birkaç durumda olabilir ve yalnızca ölçüm bu durumlardan birini belirleyebilir - sistem tek bir kuantum durumundadır, ancak her ölçüm, olasılığıyla ilişkili farklı bir sonuç verebilir.

   İki geçici kristalin bu kombinasyonu, böylece kuantum bilgisayarların geliştirilmesi için yeni yollar açar. Özellikle başka bir araştırma ekibinin yakın zamanda oda sıcaklığında , çevre ortamından izole olmayan bir sistemde zaman kristallerinin oluşturulabileceğini kanıtlaması nedeniyle .

   Bununla birlikte, bu garip kristallerin bir gün kübit olarak kullanılmasından önce yapılacak çok fazla araştırma var. Ekip, özellikle, geçici kristalleri süper akışkanlar kullanmadan etkileşime sokmanın ve bu etkileşimleri daha hassas bir şekilde kontrol etmenin bir yolunu bulmalıdır.