Ученые впервые наблюдали взаимодействие кристаллов времени

Впервые ученые стали свидетелями взаимодействия новой фазы материи, известной как «кристаллы времени». Открытие, опубликованное в Nature Materials, может оказаться применимым в квантовой обработке информации, поскольку кристаллы времени автоматически остаются неповрежденными – когерентными – в различных условиях, а защита когерентности – основная трудность, мешающая развитию мощных квантовых компьютеров.

«Управление взаимодействием двух кристаллов времени – большое достижение. До этого никто не наблюдал два таких кристалла в одной системе, не говоря уже об их взаимодействии. Управляемые взаимодействия – это элемент номер один в списке желаний каждого, кто хочет применять кристалл времени на практике, в частности, для квантовой обработки информации», – сообщает доктор Самули Аутти, ведущий автор из Ланкастерского университета (Великобритания).

Кристаллы времени отличаются от стандартных кристаллов, таких как металлы или горные породы, которые состоят из атомов, расположенных в регулярно повторяющемся узоре в пространстве.

Впервые теоретизированные в 2012 году лауреатом Нобелевской премии Франком Вильчеком и обнаруженные в 2016 году темпоральные кристаллы демонстрируют странное свойство постоянного, повторяющегося движения во времени, несмотря на отсутствие внешнего воздействия. Их атомы постоянно колеблются, вращаются или движутся сначала в одном направлении, а затем в другом.

Международная группа исследователей из Великобритании, США и Финляндии наблюдала кристаллы времени с помощью гелия-3, который является редким изотопом гелия с одним недостающим нейтроном. Эксперимент проводился в Университете Аалто (Финляндия).

Они охлаждали сверхтекучий гелий-3 с точностью до одной десятитысячной градуса от абсолютного нуля (0,0001 градуса Кельвина или -273,15 градуса Цельсия). Затем исследователи создали два временных кристалла внутри сверхтекучей жидкости и позволили им соприкоснуться.

Ученые наблюдали, как два кристалла времени взаимодействуют и обмениваются составными частицами, перетекающими из одного кристалла в другой и обратно, демонстрируя явление, известное как эффект Джозефсона.

«Кристаллы времени имеют большой потенциал для практического применения. Их можно использовать для усовершенствования современной технологии атомных часов – сложных часов, которые показывают самое точное время, которого мы только можем достичь. Они также могут улучшить такие технологии, как гироскопы и системы, основанные на атомных часах, такие как GPS», – заключили авторы исследования.