Физики впервые увидели взаимодействие «кристаллов времени»
Фото: Arne Dedert/Global Look Press
Свидетелями взаимодействия между собой двух временных кристаллов, которые представляют собой новую фазу материи, стали исследователи из России, Великобритании и Франции.
Результаты эксперимента опубликованы в журнале Nature Materials. Там поясняется, что временной, или темпоральный кристалл представляет собой физическую систему с нарушенной со сдвигом относительно времени системой. Она подобна тому, как в обычных кристаллах происходит нарушение симметрии пространства.
О том, что временные кристаллы могут существовать, в 2012 году предположил физик из США, лауреат Нобелевской премии Фрэнк Вильчек. По его мнению, в подобной системе в состоянии равновесия и в отсутствие внешних воздействий периодические движения могут возникать спонтанно. Роль узлов кристаллической решётки при этом могут играть не только атомы и электроны, но и фотоны или квазичастицы, например, фононы.
В 2017 году квантовые временные кристаллы были впервые продемонстрированы в рамках эксперимента на основе неравновесных систем, симметрию в которых нарушали с помощью лазерного или микроволнового излучений.
Первый автор исследования, доктор Самули Аутти из Ланкастерского университета отметил, что управляемые взаимодействия — это элемент номер один в списке желаний каждого, кто хочет использовать временные кристаллы для практических приложений, таких как квантовая обработка информации.
До этого никто не наблюдал два временных кристалла в одной системе, не говоря уже о том, чтобы они взаимодействовали, — подчеркнул Аутти.
Суть эксперимента заключается в том, что учёные охлаждали сверхтекучий изотоп гелий-3 до температуры, приближённой с точностью до одной десятитысячной градуса к абсолютному нулю (0,0001 кельвинов, или минус 273,15 градусов Цельсия. — NEWS.ru). Этот процесс происходил на вращающемся криостате университета Аальто в Финляндии.
После учёные создали два временных кристалла внутри сверхтекучей жидкости и позволили им соприкоснуться.
Исследователи наблюдали за тем, как два временных кристалла, атомы которых постоянно колеблются, вращаются или движутся сначала в одном направлении, а затем в другом. Атомы при этом обмениваются составными частицами, которые перетекают из одного «кристалла времени» в другой и обратно. Данное явление называется эффект Джозефсона.
По словам учёных, «временные кристаллы» можно широко применять на практике, например, в сверхчувствительных сенсорах и самых точных атомных часах, а также в гироскопах и GPS. При этом считается, что управление взаимодействиями «временных кристаллов» позволит производить квантовые вычисления при достаточно высокой температуре. Дело в том, что они остаются неповреждёнными, то есть когерентными в разных условиях.
Эксперимент учёных приведёт к прорыву в квантовой обработке информации, ведь защита когерентности является основной трудностью, которая мешает развитию мощных квантовых компьютеров.
Как писал NEWS.ru, ранее учёные выяснили, что лекарство от алкоголизма лечит коронавирус.
