Впервые физики контролировали взаимодействие кристаллов времени

Существование кристаллов времени — особенно захватывающего состояния материи — было подтверждено всего несколько лет назад, но физики уже сделали довольно большой прорыв: они вызвали и наблюдали, взаимодействие между двумя кристаллами времени.

В сверхтекучем гелии-3 два кристалла обмениваются квазичастицами, не нарушая их когерентности; достижение, которое, по словам исследователей, открывает возможности для новых областей, таких как квантовая обработка информации, где согласованность имеет жизненно важное значение.

«Управление взаимодействием двух кристаллов времени — большое достижение. До этого никто не наблюдал два временных кристалла в одной системе, не говоря уже о том, чтобы видеть, как они взаимодействуют», — сказал физик и ведущий автор исследования Самули Аутти из Ланкастерского университета в Великобритании.

«Управляемые взаимодействия — это элемент номер один в списке желаний каждого, кто хочет использовать кристалл времени для практических приложений, таких как квантовая обработка информации».

Кристаллы времени очень интересны. Они выглядят так же, как обычные кристаллы, но обладают дополнительным, особенным свойством.

В обычных кристаллах атомы расположены в фиксированной трехмерной сеточной структуре, как атомная решетка кристалла алмаза или кварца. Эти повторяющиеся решетки могут различаться по конфигурации, но они мало перемещаются: они повторяются только пространственно.

Во временных кристаллах атомы ведут себя немного иначе. Они колеблются, вращаясь сначала в одном направлении, а затем в другом. Эти колебания, называемые «тиканьем», привязаны к определенной регулярной частоте. Итак, если структура обычных кристаллов повторяется в пространстве, то во времени кристаллы повторяются в пространстве и времени.

Теоретически, временные кристаллы имеют самое низкое возможное энергетическое состояние, известное как основное состояние, и поэтому стабильны и когерентны в течение длительных периодов времени.

Когда физики позволили двум временным кристаллам соприкоснуться, они обменялись магнонами, что изменило колебание на противоположную фазу без ущерба для когерентности.

Результаты согласуются с явлением сверхпроводимости, известным как эффект Джозефсона, при котором ток течет между двумя частями сверхпроводящего материала, разделенными тонким изолятором. Эти структуры — одни из нескольких, которые исследуются для создания кубитов, основных единиц информации в квантовом компьютере.

«Наши результаты демонстрируют, что временные кристаллы подчиняются общей динамике квантовой механики, и предлагают основу для дальнейшего исследования фундаментальных свойств, открывая пути для возможных приложений в развивающихся областях, таких как квантовая обработка информации», — написали исследователи в своей статье.

Исследование опубликовано в журнале Nature Materials.