Малко по малко квантовите устройства излизат от сферата на научната фантастика и навлизат в реалността.
За първи път т.нар. времеви кристали (изолирана група частици, държащи се като своеобразно странно състояние на материята) бяха свързани в една-единствена еволюираща система, която може да бъде изключително полезна при квантовите изчисления.
Преди две години учени наблюдаваха взаимодействието между два времеви кристала. Сега те се доближават с една идея по-близо до използването им за практични цели – например при обработката на квантова информация.
Първоначално времевите кристали, открити и потвърдени през 2016 г., се смятаха за физически невъзможни. Те представляват фаза на материята, която е изключително сходна с нормалните кристали, но същевременно се отличават от с едно странно и изключително специално свойство.
При обикновените кристали атомите са подредени във фиксирана триизмерна мрежеста структура (като атомната решетка на диамант или кварц). Тези повтарящи се решетки могат да се различават по своята подредба, но всяко едно движение при тях е вследствие на външен натиск.
При времевите кристали атомите се държат по-различно. Те проявяват модели на движение във времето, които не могат да бъдат обяснени толкова лесно с външен натиск или тласък. Тези трептения, наричани още „тиктакания“, се осъществяват при една редовна и специфична честота.
Теоретично погледнато времевите кристали тиктакат в своето възможно най-ниското енергийно състояние (т.нар. основно състояние). Ето защо те са стабилни и кохерентни в рамките на дълги периоди от време. И ако структурата на обикновения кристал се повтаря в пространството, то при времевите кристали тя се повтаря и във времето, и в пространството. Т.е. характеризира се с постоянно движение в основно състояние.
„Всички знаят, че т.нар. вечни двигатели са невъзможни – казва физикът Самюли Аути, водещият автор на изследването от Ланкастърския университет във Великобритания. – В квантовата физика вечното движение е възможно (стига да си държим очите затворени). Като се промъкнем през тази цепнатина, ние можем да направим времевите кристали.“
Времевите кристали, върху които екипът работи, се състоят от квазичастици, наречени магнони. Те възникват, когато хелий-3 – стабилен изотоп на хелия с два протона, но само с един неутрон, се охлади до специфична температура. Вследствие на това се създава течност с нулев вискозитет и с ниско налягане (B-фазна супертечност).
В тази среда времевите кристали се образуват като пространствено различни Бозе-Айнщайнови кондензации, всеки от които се състои от трилион магнони.
Кондензацията на Бозе-Айнщайн е агрегатно състояние на физична система от бозони с температура, която е много близка до абсолютната нула (но не я достига, ако го направи, атомите спират да се движат). Вследствие на това бозоните достигат до своето най-ниско енергийно състояние. Те се движат изключително бавно, доближават се един до друг и почти се застъпват. На практика образуват изключително плътен облак от атоми, които изпълняват ролята на един „свръх атом“.
Когато учените позволяват на двата времеви кристала да се докоснат, те започват да си обменят магнони. Тази обмяна влияе на трептенията на всеки един от кристалите и създава една цялостна система, която притежава способността а функционира в две отделни състояния.
Изследването е публикувано в Nature Communications.
Източник: Science Alert
