Tohle přepíše učebnice fyziky. Vědci propojili dva časové krystaly

Časové krystaly, známé také jako časoprostorové krystaly, lze popsat jako kvantové systémy částic. Jsou opakovatelné v čase a prostoru a fyzikům se podařilo spojit dvě takové struktury.

Časové krystaly, kterými se zabývali autoři článku, který zveřejnil server Nature Communications, se skládají z kvazičástic zvaných magnony. Poté, co vědci před dvěma lety poprvé pozorovali interakci mezi těmito dvěma časovými krystaly, učinili další krok k možnému využití těchto struktur pro praktické účely.

Jaké účely mají na mysli? Především kvantové zpracování informací. V současné době je samozřejmě obtížné si představit, že by časové krystaly mohly v takovém kontextu již sloužit, protože je třeba nejprve vyřešit řadu problémů. Na konci tunelu je však světlo. Zvláště když se nejedná o první úspěch v poslední době. Před několika měsíci jiný výzkumný tým oznámil vytvoření časových krystalů při pokojové teplotě. Navíc nemuseli být izolováni od svého okolí.

Významné rozdíly oproti „běžným“ krystalům

Vraťme se k podstatě problému. Zatímco v „obyčejných“ krystalech jsou atomy uspořádány do pevné trojrozměrné mřížkové struktury, v časových krystalech se chovají jinak. V prvním případě se mohou zmíněné mřížky lišit konfigurací, ale jejich případné pohyby pocházejí výhradně z vnějších vlivů. V druhém případě mají naopak vzorce pohybu v podobě „tikání“ pravidelnou a určitou frekvenci, ale nelze je vysvětlit stejným způsobem, tj. přítomností vnějších vlivů.

Jakmile se krystaly dostanou do nejnižšího možného energetického stavu, získají dlouhodobou stabilitu. V praxi to vede k situaci, kdy se struktura běžných krystalů opakuje v prostoru, zatímco u časových krystalů se to týká jak prostoru, tak času.

Časové krystaly a kvantové technologie

Samuli Autti z Lancasterské univerzity vedl tým, který prováděl výzkum magnonů. Ty vznikají při ochlazení izotopu známého jako helium-3 na teplotu 1/10 000 stupně Celsia nad absolutní nulou. Vznikne tak supratekutá kapalina s nulovou viskozitou a nízkým tlakem. Vznikají v něm Boseho-Einsteinovy kondenzáty, z nichž každý se skládá z bilionu kvazičástic. Magnony tak začnou přecházet do svého nejnižšího energetického stavu, pohybují se extrémně pomalu a přibližují se natolik, že se překrývají a vytvářejí oblak atomů s vysokou hustotou.

Když se oba časové krystaly dostaly do kontaktu, vyměnily si magnony, které následně ovlivnily oscilace každého krystalu. Nakonec vznikl jediný systém, který může fungovat ve dvou oddělených stavech. Proto mají časové krystaly tak velký potenciál ve vztahu ke kvantovým technologiím.

Zdroj: nature.com