|
Физики создали квазикристалл Времени
|
|
|
|
Физики из Школы искусств и наук Вашингтонского университета в Сент-Луисе (Washington University in St. Louis) изобрели новый тип кристалла времени, описанный как первый в истории “квазикристалл времени”, который бросает вызов обычным представлениям о времени и движении.
|
|
|
|
Исследовательская группа, включающая физиков из Массачусетского технологического института (MIT) и Гарвардского университета, утверждает, что их первый в своем роде квазикристалл представляет собой “совершенно новое состояние материи”.
|
|
|
|
Новая разработка команды может найти применение в квантовых вычислениях, бессрочном хранении данных, квантовых датчиках военного назначения, революционной оптике и усовершенствованном хронометрировании.
|
|
Квазикристалл времени, который бросает вызов восприятию времени и движения, - последний прорыв
|
|
|
|
Работа команды Вашего университета основана на более чем десятилетних предыдущих исследованиях, начиная с первого теоретического предложения физика и нобелевского лауреата Фрэнка Вильчека о кристалле времени в 2012 году. Вместо типичного кристалла, в котором атомы расположены в пространстве, Вильчек показал, как в кристаллах времени атомы расположены как в пространстве, так и во времени.
|
|
|
|
|
|
|
“Подобно тому, как атомы в обычном кристалле повторяют свои движения в пространстве, частицы в кристалле времени повторяют свои движения с течением времени”, - объяснил Чонг Зу, доцент кафедры физики Вашего университета и соавтор исследования, описывающего это открытие.
|
|
|
|
Кристаллы времени также вибрируют или “тикают” с постоянной частотой, что означает, что они кристаллизованы в четырех измерениях: трех физических и измерении времени. Хотя поначалу казалось, что это непрерывное движение противоречит законам физики, последующие исследования, включая два открытия первого реального кристалла времени в 2017 году, показали, что это явление реально.
|
|
|
|
Например, в 2022 году ученые из Ланкастерского университета успешно доказали, что теоретические кристаллы времени подчиняются законам квантовой физики, что указывает на то, что они не так “невозможны”, как считалось ранее. Исследование, проведенное в 2023 году, выявило явные признаки наличия кристаллов времени в неожиданном месте, за которым последовало еще одно исследование в том же году, в котором описывались возможности применения кристаллов времени в “прорывных технологиях”.
|
|
|
|
В прошлом году ученые из Дортмундского университета в Германии объявили об успешном создании прочного кристалла времени, выразив надежду, что его конструкция может найти практическое применение - от схем на основе кристаллов времени в квантовых компьютерах до сверхточного управления светом и усиления. Создание командой WashU первого в мире квазикристалла времени дополняет эти заманчивые результаты, еще больше укрепляя надежды на практичный временной кристалл.
|
|
Пучки азота и микроволновые импульсы
|
|
|
|
После того, как команда выбрала кусочек алмаза размером в миллиметр, который послужил основой для создания квазикристалла new time, они обработали его азотными лучами. Выбранные азотные лучи были достаточно мощными, чтобы вытеснить атомы углерода из алмаза, в результате чего образовались пустые пространства размером с атом. Как и ожидалось, электроны переместились в эти пустые пространства. Когда миллионы таких вакансий заполняются таким образом, в результате получается квазикристалл времени.
|
|
|
|
“Мы использовали микроволновые импульсы, чтобы запустить ритмы в квазикристаллах времени”, - объяснил Бинтянь Йе (Bingtian Ye) из Массачусетского технологического института, соавтор исследования. “Микроволны помогают создать порядок во времени”.
|
|
|
|
Согласно опубликованному исследованию, квазикристаллы времени, созданные физиками, имеют диаметр примерно один микрометр. Этот крошечный размер означает, что они слишком малы, чтобы их можно было увидеть непосредственно без микроскопа. Тем не менее, их квантовое состояние покоя находилось в движении, чего никогда раньше не наблюдалось в ранее созданных кристаллах времени. Это изменение означает, что созданный командой квазикристалл времени был чем-то совершенно беспрецедентным.
|
|
|
|
“Это совершенно новый этап развития материи”, - сказал Цзу.
|
|
|
|
“Мы считаем, что мы - первая группа, создавшая квазикристалл с истинным временем”, - добавил член команды и аспирант Вашуского университета Гуанхуэй Хэ.
|
|
Множество потенциальных применений открывает новые возможности.
|
|
|
|
В заключении исследования команда Wash U отмечает, что их первый в истории квазикристалл времени еще далек от готовности к применению в реальных условиях. Тем не менее, они наблюдали сотни циклов работы своих квазикристаллов времени, прежде чем они вышли из строя. По словам Зу, такой уровень долговечности “впечатляет”.
|
|
|
|
При обсуждении потенциальных применений команда выделила новые области применения, такие как хронометраж с использованием внутреннего тиканья кристалла. Хронометраж - это постоянная проблема для ученых, поскольку даже самые точные методы имеют тенденцию “отклоняться” со временем и требуют повторной калибровки. Поскольку квазикристалл времени, разработанный командой, поддерживает постоянное тиканье с минимальными потерями энергии, это могло бы решить эту проблему. Тем не менее, исследователи отмечают, что им придется научиться контролировать тиканье, поскольку они могут только запустить процесс.
|
|
|
|
Команда также предложила использовать новую фазу материи для создания сверхчувствительного квантового датчика, поскольку он чувствителен к магнетизму и другим квантовым взаимодействиям. Теоретически, такой датчик на основе квазикристалла времени может измерять несколько частот одновременно, что считается невозможным для современных датчиков.
|
|
|
|
Наконец, исследователи рассматривают свой квазикристалл времени как потенциально важный элемент в развивающейся области квантовых вычислений.
|
|
|
|
“Они могли бы хранить квантовую память в течение длительных периодов времени, по сути, как квантовый аналог оперативной памяти”, - сказал Зу.
|
|
|
|
Хотя их исследования все еще “далеки от такого рода технологий”, Зу говорит, что создание первого в мире квазикристалла времени “является важным первым шагом".
|
|
|
|
Источник
|
