Підсилить Wi-Fi та стабілізує зв’язок. Вчені створили новий часовий кристал, який наблизить бездротове майбутнє

Цілком можливо, саме кристал часу може стати тим пазлом, якого не вистачає для здобуття справжньої квантової переваги. Річ у тім що часові кристали — це ідеальні кубіти, які, до того ж, споживають дуже мало енергії. Якщо вченим вдасться розкрити їхній потенціал, це наблизить нас до квантового майбутнього вже найближчим часом.

Що ж таке часовий кристал? Якщо коротко, то це нова форма матерії, яка, на перший погляд, суперечить всьому, що ми знаємо про світ, адже вона порушує закон термодинаміки Ісаака Ньютона.

Звичайний кристал складається з атомів, які збираються в кристалічні решітки — це такі форми, що повторюються. Дублюючи одна одну у просторі, ці форми збираються у єдину структуру, тобто сам кристал. Часовий кристал — це те саме, тільки його форми дублюють одна одну не лише у просторі, але й у часі.

У новому дослідженні команда фізиків створила «фотонний» часовий кристал. Їхня робота опублікована в журналі Science Advances.

Замість атомів і молекул цей кристал складається з фотонів, які пов’язані між собою та рухаються разом. Кристал працює на мікрохвильових частотах і може впорядковувати та посилювати електромагнітні хвилі, пояснює видання ScienceAlert.

«У фотонному часовому кристалі фотони розташовані за шаблоном, який повторюється з часом. Це означає, що фотони в кристалі синхронізовані та когерентні, що може призвести до конструктивної інтерференції та посилення світла», — пояснює інженер Сючен Ван, який керував дослідженням.

В основі дослідження лежить 2D-метод із використанням неймовірно тонких листів штучного матеріалу, які називаються метаповерхнями. Електромагнітна метаповерхня — це дуже тонкий шар штучних матеріалів, які можуть контролювати шлях електромагнітних хвиль, тобто світла або радіохвиль. Крихітні структури, з яких складається метаповерхня, можуть змінювати ці хвилі певним способом. Відслідковуючи розмір, форму та відстань між цими структурами, дослідники можуть контролювати спосіб взаємодії хвиль з метаповерхнею.

Раніше дослідження фотонних кристалів часу проводилися за допомогою об'ємних 3D-матеріалів, що дуже ускладнювало роботу вчених. Перехід на 2D дозволяє легше та швидше проводити експерименти, завдяки чому дослідники можуть краще дізнаватися, як ці кристали можна застосувати на практиці.

2D-структури хоч і є простішими за тривимірні аналоги, проте мають певні ключові риси фотонних часових кристалів і можуть імітувати поведінку фотонних часових кристалів та їхню взаємодію зі світлом. Під час дослідження вчені вперше побачили, що фотонні часові кристали можуть посилювати світло настільки, як це показали експерименти.

Зрештою, вчені сподіваються, що подальші дослідження та удосконалення фотонних часових кристалів допоможе вдосконалити інтегральні схеми, які сьогодні можна знайти скрізь: від смартфонів до автомобілів. Потенційно покращення цих систем допоможе зробити зв’язок більш надійним та швидшим.

Крім того, 2D-кристалічні структури можуть допомогти посилювати Wi-Fi сигнал або наприклад бездротові передавачі та приймачі — і зрештою вам не доведеться використовувати додатковий підсилювач сигналу, щоб дивитися кіно на кухні.

Проте поки що рано говорити про якесь практичне застосування, пояснюють вчені. Їхня робота — це скоріше про те, як ми можемо вивчати ці загадкові структури та як спрощення від 3D до двовимірних метаповерхонь допоможе проводити подібні дослідження у майбутньому. Станом на зараз ми не дуже близькі до широкого впровадження кристалів часу. Це все ще неймовірно складні об'єкти, про які ми знаємо дуже і дуже мало, а тому вченим потрібно ще багато чого дізнатися про їхню поведінку.