Физики впервые наблюдали взаимодействие кристаллов времени

Ученые уже много узнали о кристаллах времени, странных фазах материи, которые, кажется, нарушают симметрию преобразования времени — то, что до недавнего времени считалось невозможным. Теперь ученые впервые наблюдали взаимодействие двух временных кристаллов, что может стать первым шагом к их использованию для практических приложений, таких как квантовые вычисления.

Обычные кристаллы определяются их высокоупорядоченными атомными структурами — в некотором смысле их атомы повторяются в пространстве. Но могут ли быть кристаллы, повторяющиеся во времени? Такую гипотезу выдвинул в 2012 году лауреат Нобелевской премии Фрэнк Вильчек, а в 2016 году в лаборатории впервые были созданы такие кристаллы.

Кристаллы времени обладают странной способностью повторять паттерны движения во времени, даже когда нет внешней силы. Странность лучше всего проиллюстрировать как миска с желе — если вы коснетесь желе, вы ожидаете, что оно будет покачиваться в течение нескольких секунд, а затем остановится, пока вы не коснетесь его снова.

Но кристаллам времени может потребоваться несколько секунд, чтобы начать покачиваться, затем остановиться, а затем снова начать самостоятельно покачиваться, повторяя процесс бесконечно долго. Возможно, это не имеют смысла в нашем повседневном физическом опыте, но, хотите верьте, хотите нет, они не нарушают никаких законов термодинамики.

Ученые продолжают исследовать эти странные структуры, и теперь сделали важный прорыв — наблюдая взаимодействие двух временных кристаллов. Исследователи из Йельского университета, Университета Ланкастера и Аалто начали со сверхтекучей формы гелия-3.

Исследователи охладили гелий-3 до температуры чуть выше абсолютного нуля (-273,15°C), затем создали два временных кристалла в сверхтекучей жидкости и позволили им соприкоснуться. Они наблюдали, как два временных кристалла перемещают частицы вперед и назад друг в друга, приводя свои движения в чередующийся узор. Это признак явления, называемого эффектом Джозефсона.

«Управление взаимодействием двух временных кристаллов — важное достижение», — говорит Самули Аутти, ведущий автор нового исследования.

«До этого никто не наблюдал двух временных кристаллов в одной системе, не говоря уже о том, чтобы они взаимодействовали. Контролируемые взаимодействия — это элемент номер один в списке желаний каждого, кто хочет использовать кристалл времени для практических приложений, таких как квантовая обработка информации».

В настоящее время основная проблема квантовых компьютеров заключается в том, что информации трудно оставаться «согласованной» или стабильной в течение длительного времени.

Но кристаллы времени делают это относительно легко, а это значит, что они могут помочь нам преодолеть эти проблемы. Они также могут привести к развитию более точного хронометража, такого как атомные часы, и систем, которые на них полагаются, например GPS.

Исследование было опубликовано в журнале Nature Materials.