Kryształy czasu, którymi zajmowali się autorzy publikacji dostępnej w Nature Communications, składają się z kwazicząstek zwanych magnonami. Są one zbiorowym wzbudzeniem spinu elektronów i przypominają falę rozchodzącą się w siatce spinów. Po pierwszej obserwacji oddziaływania pomiędzy dwoma kryształami czasu, która została opisana dwa lata temu, naukowcy wykonali kolejny krok w kierunku potencjalnego wykorzystania tych struktur do celów praktycznych.
O jakich celach mowa? Przede wszystkim o kwantowym przetwarzaniu informacji. Oczywiście na obecną chwilę trudno sobie wyobrazić, by kryształy czasu mogły już służyć w takim kontekście, ponieważ najpierw trzeba rozwiązać szereg problemów. Widać jednak światełko w tunelu. Tym bardziej, że to nie pierwszy sukces w ostatnim czasie. Przed kilkoma miesiącami inny zespół badawczy ogłosił stworzenie kryształów czasu w temperaturze pokojowej. Co więcej, nie trzeba było ich izolować od otoczenia.
Istotne różnice względem “zwykłych” kryształów
Wróćmy do istoty problemu. O ile w “zwykłych” kryształach atomy są ułożone w stałą, trójwymiarową strukturę siatki, tak te w kryształach czasu zachowują się inaczej. W pierwszym przypadku wspomniane siatki mogą różnić się konfiguracją, lecz ich jakiekolwiek ruchy pochodzą wyłącznie z wpływów zewnętrznych. W drugim natomiast wzorce ruchu w postaci “tykania” mają regularną i określoną częstotliwość, jednak nie da się ich wytłumaczyć w ten sam sposób, czyli występowaniem zewnętrznych wpływów.
Jako że kryształy czasu tykają w swoim najniższym możliwym stanie energetycznym, to dzięki temu zyskują stabilność w długich okresach. W praktyce prowadzi to do sytuacji, w której struktura zwykłych kryształów powtarza się w przestrzeni, podczas gdy w kryształach czasu dotyczy to zarówno przestrzeni jak i czasu.
Kryształy czasu a technologie kwantowe
Samuli Autti z Uniwersytetu Lancaster stanął na czele zespołu, który prowadził badania nad magnonami. Te powstają, gdy izotop znany jako hel-3 zostanie schłodzony do temperatury wyższej o 1/10 000 stopnia Celsjusza od zera bezwzględnego. W ten sposób powstaje superciecz o zerowej lepkości i niskim ciśnieniu. Tworzą się w niej kondensaty Bosego-Einsteina, a każdy z nich składa się z biliona kwazicząstek. Magnony zaczynają więc przechodzić w stan najniższej energii, poruszając się niezwykle wolno i zbliżając się do siebie na tyle, że zachodzą na siebie, tworząc chmurę atomów o wysokiej gęstości. Gdy doszło do zetknięcia dwóch kryształów czasu, te wymieniły się magnonami, co z kolei wpłynęło na oscylacje każdego z kryształów. Ostatecznie powstał pojedynczy układ, który może funkcjonować w dwóch odrębnych stanach. Właśnie z tego względu kryształy czasu mają tak duży potencjał w odniesieniu do technologii kwantowych.