Ученые впервые соединили два временных кристалла. Это большой шаг в квантовое будущее

Если говорить коротко — то это новая форма материи, которая полностью переворачивает наши знания о мире, ведь она нарушает закон термодинамики Исаака Ньютона. Это квантовый объект, который сам по себе в природе не появится из-за сложной комбинации его составляющих.

Обычный кристалл состоит из атомов, которые собираются в повторяющиеся формы — кристаллические решетки. Эти формы дублируют друг друга в пространстве, собираясь в единую материю — кристалл.

Кристалл времени — это, грубо говоря, кристалл в 4D, который дублирует свою форму не только в пространстве, но и во времени. Фактически, временные кристаллы нарушают основное правило классической физики, которое гласит, что Вселенная постоянно движется в сторону энтропии. Новой форме материи наплевать на правила классической физики, ведь она подчиняется «магической» форме физики — квантовой.

Чтобы лучше объяснить природу временного кристалла, обратимся к аналогиям.

Представьте себе чашку с водой комнатной температуры. Когда мы бросим в нее кубик льда и тот растворится, вода станет прохладнее. Спустя определенное время вода вернется к комнатной температуре.

Так вот, кристалл времени — это такая форма материи, которая может быть льдом, раствориться в воде, а затем снова стать ледышкой. А затем снова водой. И опять льдом. И все это — сейчас самое важное — без каких-либо потерь и использования энергии.

Система из временных кристаллов

«Все знают, что вечные двигатели невозможны. Однако в квантовой физике вечное движение допустимо, пока мы держим глаза закрытыми. Используя эту щель, мы можем создавать временные кристаллы», — говорит Самули Аутти, руководитель команды ученых, стоящих за новым исследованием, результаты которого были опубликованы в журнале Nature Communications.

Временные кристаллы, с которыми работала команда, состояли из магнонов — квазичастиц, соответствующих элементарному возбуждению системы взаимодействующих спинов. Они появляются, когда кристаллы помещают в гелий-3 — стабильный изотоп гелия с двумя протонами, но всего с одним нейтроном, — охлажденный практически до абсолютного нуля. Таким образом создается сверхтекучая жидкость с нулевой вязкостью и низким давлением.

В этой среде темпоральные кристаллы образовывают конденсаты Бозе-Эйнштейна — гипотетическое пятое состояние материи после твердого, жидкого, газообразного и плазменного — из магнонных квазичастиц. Здесь они находятся максимально близко друг ко другу, создавая облако атомов высокой плотности, которое действует как «суператом». Когда два этих «суператома» приблизили друг ко другу, они обменялись магнонами, создав единую систему, которая может работать в двух дискретных состояниях.

Это — идеальная основа для квантовых технологий, поскольку временные кристаллы можно использовать в качестве кубитов, причем с чрезвычайно низким энергопотреблением. Однако предварительно ученым нужно разобраться с огромным количеством преград — в первую очередь, с подверженностью квантовых систем к ошибкам. Подробнее об этой проблеме мы рассказывали здесь.

Это только первые шаги, однако, учитывая, что еще несколько лет назад временных кристаллов вообще не существовало, прогресс очевиден. А потому решение этой загадки не за горами. Вполне возможно, именно кристалл времени может стать тем недостающим пазлом, которого так не хватает для получения настоящего квантового превосходства.

На самом деле временные кристаллы могут быть намного ближе к реальному применению, чем нам кажется. Ранее в этом году команда американских и польских физиков сумела создать и поддерживать работу темпорального кристалла при комнатной температуре. Фактически, они избежали всего процесса с гелием-3 и конденсатом Бозе-Эйнштейна, о котором мы рассказывали чуть выше. Это значительно упрощает технологию создания временного кристалла, ведь охлаждение до практически околонулевых температур требует полной изоляции от окружающей среды и сложного лабораторного оборудования.

В будущем ученым необходимо будет разработать намного более сложные взаимодействия временных кристаллов, постепенно увеличивая их количество. Последние работы исследователей показывают, что это на самом деле реально, хотя еще недавно такая идея показалась бы нам хорошей только в контексте научно-фантастического кино.