Pour la première fois, des physiciens ont contrôlé l'interaction des cristaux de temps

(Steve Story Photography/Getty Images)

L'existence des cristaux de temps - un aspect particulièrement fascinant état de la matière - n'a été confirmée qu'il y a quelques années, mais les physiciens ont déjà fait une percée assez importante : ils ont induit et observé une interaction entre deux cristaux de temps.

Dans un superfluide d'hélium-3, deux cristaux de temps échangés quasiparticules sans perturber leur cohérence ; une réalisation qui, selon les chercheurs, ouvre des possibilités pour des domaines émergents tels que le traitement de l'information quantique, où la cohérence est d'une importance vitale.

«Le contrôle de l'interaction de deux cristaux de temps est une réalisation majeure. Avant cela, personne n'avait observé deux cristaux de temps dans le même système, et encore moins vu interagir », a déclaré le physicien et auteur principal Samuli Autti de l'Université de Lancaster au Royaume-Uni.



'Les interactions contrôlées sont l'élément numéro un sur la liste de souhaits de quiconque cherche à exploiter un cristal de temps pour des applications pratiques, telles que le traitement de l'information quantique.

Les cristaux de temps sont assez fascinants. Ils ressemblent à des cristaux normaux, mais ils arborent une propriété supplémentaire et particulière.

Dans les cristaux réguliers, les atomes sont disposés dans un 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 ils ne bougent pas beaucoup : ils ne se répètent que dans l'espace.

Dans les cristaux de temps, les atomes se comportent un peu différemment. Ils oscillent, tournant d'abord dans un sens, puis dans l'autre. Ces oscillations - appelées 'tic-tac' - sont verrouillées sur une fréquence régulière et particulière. 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 le temps .

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. Cela pourrait être exploité, mais seulement si leur cohérence pouvait être préservée dans une interaction contrôlée.

Ainsi, Autti et ses collègues du Royaume-Uni et de Finlande ont mis en place une date de lecture en cristal temporel. Tout d'abord, ils ont refroidi l'hélium-3 - un isotope stable de l'hélium avec deux protons mais un seul neutron - à moins d'un dix millième de degré de zéro absolu, créant un superfluide de phase B, un fluide de viscosité nulle à basse pression.

Dans ce milieu, les deux cristaux de temps sont apparus comme spatialement distincts Condensats de Bose-Einstein de quasiparticules de magnon. 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.

Lorsque les physiciens ont permis aux deux cristaux de temps de se toucher, ils ont échangé des magnons - ce qui a changé l'oscillation en phase opposée sans sacrifier la cohérence.

Les résultats étaient cohérents avec une supraconductivité phénomène connu sous le nom de Effet Josephson , dans lequel un courant circule entre deux morceaux de matériau supraconducteur séparés par un mince isolant connu sous le nom de jonction Josephson. Ces structures sont l'une des nombreuses structures explorées pour le construction de qubits , les unités d'information de base dans un autant qu'un ordinateur .

Ce n'est qu'une interaction très simple, mais cela ouvre la porte à la création et au contrôle d'interactions beaucoup plus sophistiquées.

«Nos résultats démontrent que les cristaux de temps obéissent à la dynamique générale de la mécanique quantique et offrent une base pour étudier plus avant les propriétés fondamentales de ces phases, ouvrant la voie à des applications possibles dans des domaines en développement, tels que le traitement de l'information quantique», les chercheurs ont écrit dans leur article .

«Les systèmes quantiques cohérents à longue durée de vie avec des interactions accordables, tels que les cristaux temporels robustes étudiés ici, fournissent une plate-forme pour la construction de nouveaux dispositifs quantiques basés sur des phénomènes cohérents en spin.»

La recherche a été publiée dans Matériaux naturels .

A Propos De Nous

La Publication De Faits Indépendants Et Éprouvés De Rapports Sur La Santé, L'Espace, La Nature, La Technologie Et L'Environnement.