In 2012 merkte MIT-natuurkundige Frank Wilczek op dat de wetten van de natuurkunde ook temporele symmetrie hebben. Dit betekent dat elk later herhaald experiment hetzelfde resultaat zou moeten geven. Wilczek trok een analogie met normale kristallen, maar dan in de dimensie van tijd, en noemde deze spontane tijdbrekende symmetrie een tijdkristal. Na een paar jaar konden natuurkundigen het eindelijk bouwen.
“De tijdkristallen bedekken een deel van de grens tussen de twee werelden. Misschien kunnen we leren hoe we de grens kunnen verwijderen door de tijdkristallen in detail te bestuderen.”, zei Samuli Autti, de hoofdwetenschapper van het project aan de Lancaster University in het Verenigd Koninkrijk.
In de nieuwe studie gebruikten Autti en zijn team "magnons" om hun tijdkristal te creëren. Magnons zijn quasideeltjes die ontstaan in de collectieve toestand van een groep atomen. In dit geval nam een groep natuurkundigen helium-3 (een heliumatoom met twee protonen maar slechts één neutron) en koelde het af tot tienduizendsten van een graad boven het absolute nulpunt. Bij deze temperatuur is helium-3 veranderd in een Bose-Einstein-condensaat, waarin alle atomen een gemeenschappelijke kwantumtoestand hebben en met elkaar samenwerken. In dit condensaat zijn alle elektronenspins in helium-3 gekoppeld en werken ze samen, waardoor golven van magnetische energie worden gegenereerd - magnonen. Deze golven spatten eindeloos heen en weer en veranderden in een tijdkristal.
Het team van Autti nam twee groepen magnonen, elk werkend als een apart tijdkristal, en bracht ze zo dicht bij elkaar dat ze elkaar konden beïnvloeden. Het gecombineerde systeem van magnonen fungeerde als eenmalig kristal met twee verschillende toestanden.
Het doel van dit experiment is om een stabiel werkend systeem van tijdkristallen te creëren dat kan worden gebruikt voor kwantumcomputing. In klassieke computersystemen is de basiseenheid van informatie een bit, die een toestand van 0 of 1 kan aannemen, terwijl bij kwantumcomputing elke "qubit" op meer dan één plaats tegelijk kan zijn, waardoor veel meer berekeningen mogelijk zijn. is uitgevoerd.
"Dit zou kunnen betekenen dat tijdkristallen gebruikt kunnen worden als bouwsteen voor kwantumapparaten die ook buiten het lab werken. In een dergelijke onderneming zal het door ons gecreëerde systeem met twee niveaus de belangrijkste bouwsteen zijn.", - zei Autti.
Dit werk is momenteel nog ver verwijderd van een werkende kwantumcomputer, maar het opent interessante onderzoeksrichtingen. In feite hebben natuurkundigen een systeem gemaakt van twee verbonden tijdkristallen, dit zijn vreemde kwantumsystemen die vastzitten in een oneindige lus waarop de normale wetten van de thermodynamica niet van toepassing zijn. Als wetenschappers een systeem van twee tijdkristallen kunnen manipuleren zonder de kwantumtoestanden ervan te vernietigen, zouden ze mogelijk grotere tijdkristalsystemen kunnen bouwen die echte computerapparatuur zouden kunnen zijn.
U kunt Oekraïne helpen vechten tegen de Russische indringers. De beste manier om dit te doen is door geld te doneren aan de strijdkrachten van Oekraïne via Red het leven of via de officiële pagina NBU.
Lees ook: