Новый прорыв может вывести кристаллы времени из лаборатории в реальный мир

Ученые только что сделали еще один шаг к кристаллам времени, которые можно использовать в практических целях. Новая экспериментальная работа позволила получить кристалл времени при комнатной температуре в системе, которая не изолирована от окружающей среды.

Исследователи говорят, что работа прокладывает путь к кристаллам времени размером с чип, которые можно использовать в реальных условиях, вдали от дорогостоящего лабораторного оборудования, необходимого для их работы.

«Когда ваша экспериментальная система обменивается энергией с окружающей средой, рассеяние и шум работают рука об руку, чтобы разрушить временной порядок», — говорит инженер Хоссейн Тахери из Калифорнийского университета в Риверсайде. «В нашей фотонной платформе система обеспечивает баланс между усилением и потерями для создания и сохранения кристаллов времени».

Кристаллы времени, иногда также называемые кристаллами пространства-времени, существование которых было подтверждено лишь несколько лет назад, столь же увлекательны, как и следует из названия. Это фаза материи, очень похожая на обычные кристаллы, но с одним очень важным дополнительным свойством.

В правильных кристаллах составляющие атомы расположены в фиксированной трехмерной сетчатой ​​структуре — хорошим примером является атомная решетка кристалла алмаза или кварца. Эти повторяющиеся решетки могут различаться по конфигурации, но внутри данной формации они не очень сильно перемещаются; они повторяются только пространственно.

В кристаллах времени атомы ведут себя немного иначе. Они колеблются, вращаясь сначала в одну, а затем в другую сторону. Эти колебания, называемые «тиканьем», привязаны к регулярной и определенной частоте. Если структура правильных кристаллов повторяется в пространстве, то во временных кристаллах она повторяется в пространстве и во времени.

Для изучения кристаллов времени ученые часто используют бозе-эйнштейновские конденсаты магнонных квазичастиц. Они должны храниться при чрезвычайно низких температурах, очень близких к абсолютному нулю. Для этого требуется очень специализированное, сложное лабораторное оборудование.

В своем новом исследовании ученые создали кристалл времени без переохлаждения. Их кристаллы времени представляли собой полностью оптические квантовые системы, созданные при комнатной температуре. Во-первых, они взяли крошечный микрорезонатор, диск из фтористого магниевого стекла всего в один миллиметр в диаметре. Затем они бомбардировали этот оптический микрорезонатор лучами двух лазеров.

Самосохраняющиеся субгармонические всплески (солитоны), возникающие из-за частот, генерируемых двумя лазерными лучами, указывали на создание кристаллов времени. Система создает вращающуюся решетчатую ловушку для оптических солитонов, которые затем проявляют периодичность.

Чтобы сохранить целостность системы при комнатной температуре, команда использовала блокировку самоинъекции, метод, который гарантирует, что выходной сигнал лазера поддерживает определенную оптическую частоту. Это означает, что система может быть перемещена из лаборатории и использована в полевых условиях, говорят ученые.

В дополнение к потенциальным будущим исследованиям свойств кристаллов времени, таких как фазовые переходы и взаимодействие кристаллов времени, система может быть использована для новых измерений самого времени. Однажды кристаллы времени могут быть даже интегрированы в квантовые компьютеры.