Due cristalli sono stati collegati con successo insieme per la prima volta

I fisici hanno appena compiuto un passo straordinario verso i dispositivi quantistici che sembrano usciti dalla fantascienza.

Per la prima volta, gruppi isolati di particelle si comportano in modo strano stati della materia Conosciuti come cristalli del tempo, sono stati collegati in un sistema sofisticato che può essere incredibilmente utile Statistica quantitativa.

Dopo la prima osservazione dell’interazione tra due cristalli temporali, dettagliata in un articolo due anni fa, questo è il passo successivo verso la possibilità di sfruttare i cristalli temporali per scopi pratici, come l’elaborazione dell’informazione quantistica.

I cristalli temporali, scoperti e confermati ufficialmente solo pochi anni fa nel 2016, una volta si pensava fossero fisicamente impossibili. È una fase della materia molto simile ai normali cristalli, ma ha una proprietà aggiuntiva, molto strana e speciale.

Nei cristalli ordinari, gli atomi sono disposti in una struttura reticolare tridimensionale fissa, come il reticolo atomico di un diamante o un cristallo di quarzo. Questi morsetti ripetitivi possono variare nella configurazione, ma qualsiasi movimento che mostrano deriva esclusivamente da spinte esterne.

Nei cristalli temporali, gli atomi si comportano in modo leggermente diverso. Mostrano schemi di movimento nel tempo che non possono essere facilmente spiegati da una spinta o una trazione esterna. Queste oscillazioni – denominate “tick” – sono bloccate su una frequenza regolare e specificata.

Teoricamente, i cristalli temporali battono nel loro stato energetico più basso possibile, noto come stato fondamentale, e sono quindi stabili e coerenti per lunghi periodi di tempo. Pertanto, poiché la struttura cristallina regolare si ripete nello spazio, i cristalli temporali si ripetono nello spazio e nel tempo, mostrando il movimento permanente dello stato fondamentale.

“Tutti sanno che le macchine a moto perpetuo sono impossibili”, Dice il fisico e autore principale Samuli Autti dalla Lancaster University nel Regno Unito.

“Tuttavia, nella fisica quantistica, il moto perpetuo va bene finché chiudiamo gli occhi. Scivolando attraverso questa fessura possiamo creare cristalli temporali”.

Si formano i cristalli temporali su cui il team ha lavorato quasiparticelle Si chiamano Magnon. I Magnon non sono particelle reali, ma consistono in un’eccitazione collettiva di un elettrone rotante, come un’onda che si propaga attraverso una rete di spin.

Le magnoniti sorgono quando l’elio-3 – un isotopo stabile dell’elio con due protoni ma solo un neutrone – viene raffreddato a un decimillesimo di grado dello zero assoluto. Ciò si traduce in quello che viene chiamato superpass B, che è un liquido viscoso a bassa pressione.

In questo mezzo, i cristalli temporali si sono formati come condensati di Bose-Einstein spazialmente distinti, ciascuno costituito da un trilione di quasiparticelle di Magnon.

un Condensatore Bose-Einstein È costituito da bosoni raffreddati a una piccola frazione sopra lo zero assoluto (ma non fino allo zero assoluto, a quel punto gli atomi smettono di muoversi).

Questo li fa sprofondare in uno stato di bassa energia, si muovono molto lentamente e si uniscono abbastanza da sovrapporsi, risultando in una nuvola di atomi ad alta densità che agisce come un singolo “super atomo” o onda di materia.

Quando i due cristalli a cui era stato permesso di toccarsi, si scambiarono dei vocalizzi. Questo scambio ha influenzato l’oscillazione di ogni cristallo temporale, creando un unico sistema con la possibilità di operare in due stati separati.

Nella fisica quantistica, le cose che possono avere più di uno stato esistono in una miscela di quegli stati prima che siano sovrapposte da una chiara analogia. Quindi avere un file cristallo del tempo Funziona in un sistema a due stati Fornisce nuove ricche scelte come base per le tecnologie quantistiche.

I cristalli temporali sono un modo equo per usarli come qubit, poiché ci sono un gran numero di ostacoli da risolvere prima. Ma i pezzi stanno cominciando ad andare a posto.

All’inizio di quest’anno, un diverso team di fisici ha annunciato di essere riuscito a creare cristalli temporali a temperatura ambiente che non avevano bisogno di essere isolati dall’ambiente circostante.

Le interazioni più complesse tra i cristalli temporali e il loro controllo preciso richiederanno un ulteriore sviluppo, così come il monitoraggio dei cristalli temporali che interagiscono senza la necessità di fluidi superraffreddati. Ma gli scienziati sono ottimisti.

“Si scopre che mettere insieme i due funziona magnificamente, anche se i cristalli temporali non c’erano in primo luogo,” dice Autti. “E sappiamo già che c’è anche a temperatura ambiente.”

La ricerca è stata pubblicata in Comunicazioni sulla natura.