Кристаллы времени могут измерять время точнее атомных часов

Группа физиков опубликовала теоретическую работу, в которой математически обосновала возможность использования кристаллов времени в качестве основы для квантовых часов нового типа. Согласно расчетам, такие часы могут превзойти существующие оптические атомные часы по точности, особенно при измерении коротких временных интервалов.

Исследователи создали модель из 100 квантовых частиц, каждая из которых имела два спиновых состояния. Система анализировалась в двух режимах: обычном, при котором коллективные спины колебались под действием внешнего лазерного поля, и временно-кристаллическом, при котором повторяющийся паттерн поведения частиц формировался самопроизвольно. При повышении временного разрешения обычная фаза быстро накапливала погрешность, в то время как кристаллическая фаза сохраняла стабильность опорного сигнала.

Кристаллы времени — это состояние материи, предсказанное нобелевским лауреатом Фрэнком Вильчеком в 2012 году и впервые полученное экспериментальным путем в 2016 году учеными из Мэрилендского и Гарвардского университетов. В отличие от обычных кристаллов, обладающих периодической структурой в пространстве, кристаллы времени демонстрируют периодичность во времени — их внутренняя структура совершает колебания без потребления внешней энергии.

Современные оптические атомные часы работают за счёт охлаждения атомов с помощью лазеров до сверхнизких температур и фиксации частоты излучения электронов при переходе между энергетическими уровнями. Для работы этих устройств требуются мощные лазеры, постоянное энергоснабжение и защита от внешних помех, что ограничивает их применение лабораторными условиями.

Авторы работы подчеркивают, что полученные результаты носят теоретический характер. Создание действующего прототипа часов на основе кристаллов времени потребует решения задач, связанных с шумами и внешними воздействиями на реальные квантовые системы. В случае экспериментального подтверждения эта технология может найти применение в навигации и защищенных системах связи.

Источник: Interesting Engineering