Вчені вже багато дізналися про кристали часу, дивні фази матерії, які, здається, порушують симетрію перетворення часу - те, що до недавнього часу вважалося неможливим. Тепер вчені вперше спостерігали взаємодію двох часових кристалів, що може стати першим кроком до їх використання для практичних додатків, таких як квантові обчислення.
Звичайні кристали визначаються їх високоупорядкованими атомними структурами - в деякому сенсі їх атоми повторюються в просторі. Але чи можуть бути кристали, які повторюються в часі? Таку гіпотезу висунув у 2012 році лауреат Нобелівської премії Френк Вільчек, а в 2016 році в лабораторії вперше були створені такі кристали.
Кристали часу мають дивну здатність повторювати патерни руху в часі, навіть коли немає зовнішньої сили. Дивина найкраще проілюструвати як миска з желе - якщо ви торкнетеся желе, ви очікуєте, що воно буде похитуватися протягом декількох секунд, а потім зупиниться, поки ви не торкнетеся його знову.
Але кристалам часу може знадобитися кілька секунд, щоб почати похитуватися, потім зупинитися, а потім знову почати самостійно погойдуватися, повторюючи процес нескінченно довго. Можливо, це не мають сенсу в нашому повсякденному фізичному досвіді, але, хочете вірте, хочете ні, вони не порушують ніяких законів термодинаміки.
Вчені продовжують досліджувати ці дивні структури, і тепер зробили важливий прорив - спостерігаючи взаємодію двох часових кристалів. Дослідники з Єльського університету, Університету Ланкастера і Аалто почали зі надплинної форми гелію-3.
Дослідники охолодили гелій-3 до температури трохи вище абсолютного нуля (-273,15 ° C), потім створили два часові кристали в надплинній рідині і дозволили їм зіткнутися. Вони спостерігали, як два часових кристала переміщують частинки вперед і назад один в одного, приводячи свої рухи в чергований візерунок. Це ознака явища, званого ефектом Джозефсона.
«Управління взаємодією двох часових кристалів - важливе досягнення», - каже Самулі Аутті, провідний автор нового дослідження.
"До цього ніхто не спостерігав двох тимчасових кристалів в одній системі, не кажучи вже про те, щоб вони взаємодіяли. Контрольовані взаємодії - це елемент номер один у списку бажань кожного, хто хоче використовувати кристал часу для практичних додатків, таких як квантова обробка інформації ".
В даний час основна проблема квантових комп'ютерів полягає в тому, що інформації важко залишатися «узгодженою» або стабільною протягом тривалого часу.
Але кристали часу роблять це відносно легко, а це означає, що вони можуть допомогти нам подолати ці проблеми. Вони також можуть призвести до розвитку більш точного хронометражу, такого як атомні годинники, і систем, які на них покладаються, наприклад GPS.
Дослідження було опубліковано в журналі Nature Materials.