Cristais duas vezes foram ligados com sucesso pela primeira vez

Os físicos acabaram de dar um passo incrível em direção a dispositivos quânticos que parecem algo saído da ficção científica.

Pela primeira vez, grupos isolados de partículas se comportam de forma estranha Estados da matéria Conhecidos como cristais do tempo, eles foram ligados em um sistema sofisticado que pode ser incrivelmente útil Estatísticas quantitativas.

Após a primeira observação da interação entre dois cristais do tempo, detalhada em um artigo há dois anos, este é o próximo passo em direção à possibilidade de aproveitar os cristais do tempo para fins práticos, como o processamento de informações quânticas.

Os cristais do tempo, que só foram descobertos e confirmados oficialmente há alguns anos em 2016, já foram considerados fisicamente impossíveis. É uma fase da matéria muito semelhante aos cristais regulares, mas tem uma propriedade adicional, muito estranha e especial.

Em cristais comuns, os átomos estão dispostos em uma estrutura de treliça tridimensional fixa, como a treliça atômica de um diamante ou de um cristal de quartzo. Esses grampos repetitivos podem variar em configuração, mas qualquer movimento que eles mostrem vem exclusivamente de impulsos externos.

Nos cristais do tempo, os átomos se comportam de maneira ligeiramente diferente. Eles exibem padrões de movimento no tempo que não podem ser facilmente explicados por um empurrão ou puxão externo. Essas oscilações – conhecidas como “tick” – são bloqueadas em uma frequência regular e especificada.

Teoricamente, os cristais de tempo batem em seu estado de energia mais baixo possível – conhecido como estado fundamental – e, portanto, são estáveis ​​e coerentes por longos períodos de tempo. Portanto, à medida que a estrutura cristalina regular se repete no espaço, os cristais do tempo se repetem no espaço e no tempo, mostrando o movimento permanente do estado fundamental.

“Todo mundo sabe que máquinas de movimento perpétuo são impossíveis”, Diz o físico e principal autor Samuli Autti pela Lancaster University, no Reino Unido.

“Entretanto, na física quântica, o movimento perpétuo é bom desde que fechemos os olhos. Passando por essa fenda, podemos fazer cristais do tempo.”

Os cristais do tempo em que a equipe trabalhou são formados quasipartículas Eles são chamados de Magnons. Magnons não são partículas reais, mas consistem em uma excitação coletiva de um elétron giratório, como uma onda se propagando através de uma rede de spins.

As magnonitas surgem quando o hélio-3 – um isótopo estável de hélio com dois prótons, mas apenas um nêutron – é resfriado a um décimo de milésimo de grau do zero absoluto. Isso resulta no chamado superpass B, que é um líquido viscoso de baixa pressão.

Nesse meio, cristais de tempo se formaram como condensados ​​de Bose-Einstein espacialmente distintos, cada um consistindo de um trilhão de quasipartículas de magnon.

uma Condensador Bose-Einstein Consiste em bósons resfriados a uma pequena fração acima do zero absoluto (mas não até o zero absoluto, ponto em que os átomos param de se mover).

Isso faz com que eles afundem em um estado de baixa energia, movam-se muito lentamente e se unam o suficiente para se sobrepor, resultando em uma nuvem de átomos de alta densidade que age como um único “superátomo” ou onda de matéria.

Quando os dois cristais que haviam se tocado, trocaram vocalizações. Essa troca afetou a oscilação de cada cristal de tempo, criando um único sistema com a opção de operar em dois estados separados.

Na física quântica, coisas que podem ter mais de um estado existem em uma mistura desses estados antes de serem sobrepostas por uma clara analogia. Então ter um arquivo cristal do tempo Opera em um sistema de dois estados Ele fornece novas e ricas opções como base para tecnologias baseadas em quantum.

Os cristais de tempo são uma maneira justa de usá-los como qubits, pois há um grande número de obstáculos a serem resolvidos primeiro. Mas as peças estão começando a se encaixar.

No início deste ano, uma equipe diferente de físicos anunciou que havia conseguido fazer cristais de tempo à temperatura ambiente que não precisavam ser isolados do ambiente.

Interações mais complexas entre cristais de tempo e seu controle preciso precisarão de mais desenvolvimento, assim como o monitoramento de cristais de tempo que interagem sem a necessidade de fluidos super-resfriados. Mas os cientistas estão otimistas.

“Acontece que colocar os dois juntos funciona lindamente, mesmo que os cristais do tempo não estivessem lá em primeiro lugar”, diz Autti. “E já sabemos que também está lá à temperatura ambiente.”

A pesquisa foi publicada em Comunicações da Natureza.