İki kristal ilk kez başarılı bir şekilde birbirine bağlandı

Fizikçiler, bilimkurgudan fırlamış gibi görünen kuantum cihazlarına doğru inanılmaz bir adım attılar.

İlk kez, izole parçacık grupları garip bir şekilde davranıyor Maddenin halleri Zaman kristalleri olarak bilinen bu kristaller, inanılmaz derecede faydalı olabilecek tek bir karmaşık sisteme bağlanmıştır. Nicel İstatistik.

İki yıl önce bir makalede ayrıntılı olarak açıklanan iki zaman kristali arasındaki etkileşimin ilk gözleminden sonra, bu, kuantum bilgi işleme gibi pratik amaçlar için zaman kristallerini kullanma olasılığına doğru bir sonraki adımdır.

Birkaç yıl önce 2016 yılında keşfedilen ve resmi olarak onaylanan zaman kristallerinin bir zamanlar fiziksel olarak imkansız olduğu düşünülüyordu. Bu, normal kristallere çok benzeyen bir madde aşamasıdır, ancak ek, çok garip ve özel bir özelliği vardır.

Sıradan kristallerde atomlar, bir elmasın atomik kafesi veya bir kuvars kristali gibi sabit bir üç boyutlu kafes yapısında düzenlenir. Bu tekrarlayan kıskaçların konfigürasyonu değişebilir, ancak gösterdikleri herhangi bir hareket yalnızca harici itmelerden gelir.

Zaman kristallerinde, atomlar biraz farklı davranır. Dışsal bir dürtü veya dürtü ile kolayca açıklanamayan zaman içinde hareket kalıpları sergilerler. Bu salınımlar – “kene” olarak adlandırılır – düzenli ve belirli bir frekansa kilitlenir.

Teorik olarak, zaman kristalleri mümkün olan en düşük enerji durumlarında (temel durum olarak bilinir) çarparlar ve bu nedenle uzun süreler boyunca kararlı ve tutarlıdırlar. Bu nedenle, düzenli kristal yapı uzayda tekrar ederken, zaman kristalleri uzayda ve zamanda tekrar eder ve kalıcı temel durum hareketini gösterir.

“Sürekli hareket eden makinelerin imkansız olduğunu herkes bilir” Fizikçi ve baş yazar Samuli Autti diyor Birleşik Krallık’taki Lancaster Üniversitesi’nden.

“Ancak kuantum fiziğinde, gözlerimizi kapattığımız sürece sürekli hareket iyidir. Bu yarıktan geçerek zaman kristalleri yapabiliriz.”

Takımın üzerinde çalıştığı zaman kristalleri oluşuyor yarı parçacıklar Onlara Magnon denir. Magnonlar gerçek parçacıklar değildir, ancak bir spin ağı boyunca yayılan bir dalga gibi, dönen bir elektronun toplu uyarımından oluşur.

Magnonitler, iki protonlu ancak yalnızca bir nötronlu kararlı bir helyum izotopu olan helyum-3, mutlak sıfır derecesinin on binde birine soğutulduğunda ortaya çıkar. Bu, viskoz, düşük basınçlı bir sıvı olan süper geçiş B ile sonuçlanır.

Bu ortamda, uzaysal olarak farklı Bose-Einstein kondensatları olarak oluşan zaman kristalleri, her biri bir trilyon magnon yarı parçacıktan oluşur.

a Bose-Einstein yoğunlaştırıcı Mutlak sıfırın üzerinde bir fraksiyona soğutulmuş bozonlardan oluşur (ancak atomların hareket etmeyi bıraktığı mutlak sıfıra kadar değil).

Bu onların düşük enerjili bir duruma batmalarına, çok yavaş hareket etmelerine ve üst üste binecek kadar bir araya gelmelerine neden olur, bu da tek bir “süper atom” veya madde dalgası gibi davranan yüksek yoğunluklu bir atom bulutu ile sonuçlanır.

Birbirlerine dokunmalarına izin verilen iki kristal, mıknatıs alışverişinde bulundu. Bu değişim, her zaman kristalinin salınımını etkileyerek iki ayrı durumda çalışma seçeneği ile tek bir sistem yarattı.

Kuantum fiziğinde, birden fazla duruma sahip olabilen şeyler, açık bir benzetmeyle üst üste bindirilmeden önce bu durumların bir karışımında bulunur. Yani bir dosyaya sahip olmak zaman kristali İki devletli bir sistemde çalışır Kuantum tabanlı teknolojilerin temeli olarak zengin yeni seçenekler sunar.

Önce çözülmesi gereken çok sayıda engel olduğundan, zaman kristalleri onları kübit olarak kullanmanın adil bir yoludur. Ama parçalar yerine düşmeye başladı.

Bu yılın başlarında, farklı bir fizikçi ekibi, çevrelerinden izole edilmesi gerekmeyen oda sıcaklığında zaman kristalleri yapmayı başardıklarını açıkladılar.

Zaman kristalleri arasındaki daha karmaşık etkileşimler ve bunların hassas kontrolü, aşırı soğutulmuş sıvılara ihtiyaç duymadan etkileşimli zaman kristallerinin izlenmesi gibi daha fazla geliştirmeye ihtiyaç duyacaktır. Ancak bilim adamları iyimser.

“İkisini bir araya getirmenin, ilk etapta zaman kristalleri olmasa bile güzel iş çıkardığı ortaya çıktı.” Autti diyor. “Ve zaten oda sıcaklığında da orada olduğunu biliyoruz.”

Arama yayınlandı Doğa İletişimi.