(Peinture légère d'Alexandr Gnezdilov/Moment/Getty Images) Les physiciens viennent de franchir une étape incroyable vers des dispositifs quantiques qui ressemblent à quelque chose de science-fiction.
Pour la première fois, des groupes isolés de particules se comportant comme des États de la matière connus sous le nom de cristaux de temps ont été liés dans un système unique et évolutif qui pourrait être incroyablement utile dans l'informatique quantique .
Suite à la première observation de l'interaction entre deux cristaux de temps,détaillé dans un article il y a deux ans, il s'agit de la prochaine étape vers l'exploitation potentielle des cristaux de temps à des fins pratiques, telles que le traitement de l'information quantique.
Les cristaux de temps, découverts et confirmés officiellement il y a quelques années en 2016, étaient autrefois considérés comme physiquement impossibles. Ils sont une phase de matière très similaire aux cristaux normaux, mais pour une propriété supplémentaire, particulière et très spéciale.
Dans les cristaux réguliers, les atomes sont disposés dans une structure de grille tridimensionnelle fixe, comme le réseau atomique d'un diamant ou d'un cristal de quartz. Ces réseaux répétitifs peuvent différer en configuration, mais tout mouvement qu'ils présentent provient exclusivement de poussées externes.
Dans les cristaux de temps, les atomes se comportent un peu différemment. Ils présentent des schémas de mouvement dans le temps qui ne peuvent pas être aussi facilement expliqués par une poussée ou une poussée externe. Ces oscillations – appelées « tic-tac » – sont verrouillées sur une fréquence régulière et particulière.
Théoriquement, les cristaux de temps fonctionnent à leur état d'énergie le plus bas possible - connu sous le nom d'état fondamental - et sont donc stables et cohérents sur de longues périodes de temps. Ainsi, là où la structure des cristaux réguliers se répète dans l'espace, dans les cristaux de temps, elle se répète dans l'espace et dans le temps, présentant ainsi un mouvement perpétuel de l'état fondamental.
'Tout le monde sait que les machines à mouvement perpétuel sont impossibles', dit le physicien et auteur principal Samuli Autti de l'Université de Lancaster au Royaume-Uni.
«Cependant, en physique quantique, le mouvement perpétuel est acceptable tant que nous gardons les yeux fermés. En nous faufilant à travers cette fissure, nous pouvons fabriquer des cristaux de temps.
Les cristaux de temps avec lesquels l'équipe a travaillé consistent en quasiparticules appelés magnons. Les magnons ne sont pas de vraies particules, mais consistent en une excitation collective du spin des électrons, comme une onde qui se propage à travers un réseau de spins.
Les magnons émergent lorsque l'hélium-3 – un isotope stable de l'hélium avec deux protons mais un seul neutron – est refroidi à moins d'un dix millième de degré du zéro absolu. Cela crée ce qu'on appelle un superfluide de phase B, un fluide de viscosité nulle à basse pression.
Dans ce milieu, les cristaux de temps se sont formés comme étant spatialement distincts Condensats de Bose-Einstein , chacune constituée d'un trillion de quasiparticules de magnon.
UN Condensat de Bose-Einstein est formé debosonsrefroidi à juste une fraction au-dessus du zéro absolu (mais n'atteignant pas le zéro absolu, à quel pointles atomes cessent de bouger).
Cela les amène à tomber dans leur état d'énergie la plus basse, se déplaçant extrêmement lentement et se rapprochant suffisamment pour se chevaucher, produisant un nuage d'atomes à haute densité qui agit comme un «super atome» ou une onde de matière.
Lorsque les deux cristaux de temps ont été autorisés à se toucher, ils ont échangé des magnons. Cet échange a influencé l'oscillation de chacun des cristaux temporels, créant un système unique avec une option de fonctionnement dans deux états discrets.
En physique quantique, les objets qui peuvent avoir plus d'un état existent dans un mélange de ces états avant d'avoir été déterminés par une mesure claire. Donc avoir un cristal de temps fonctionnant dans un système à deux états fournit de nouvelles sélections riches comme base pour les technologies basées sur le quantique.
Les cristaux de temps sont loin d'être déployés en tant que qubits, car il y a un nombre important d'obstacles à résoudre en premier. Mais les pièces commencent à se mettre en place.
Plus tôt cette année, une autre équipe de physiciens a annoncé qu'ils avaientcréé avec succès des cristaux de temps à température ambiantequi n'ont pas besoin d'être isolés de leur environnement ambiant.
Des interactions plus sophistiquées entre les cristaux temporels, et leur contrôle fin, devront être développées plus avant, tout comme l'observation de cristaux temporels en interaction sans avoir besoin de superfluides refroidis. Mais les scientifiques sont optimistes.
'Il s'avère que mettre deux d'entre eux ensemble fonctionne à merveille, même si les cristaux de temps ne devraient pas exister en premier lieu', L'aide dit . 'Et nous savons déjà qu'ils existent aussi à température ambiante.'
La recherche a été publiée dans Communication Nature .