Учёные создали кристалл, который повторяется во времени, а не в пространстве

Группа исследователей из Калифорнийского университета в Беркли объявила о создании новой экзотической фазы материи — временного кристалла Рондо. Синтез был осуществлён с использованием алмаза в качестве квантового симулятора. Эта фаза вещества демонстрирует одновременное существование двух различных динамик во времени: строгого порядка на больших временных интервалах и хаотичного поведения на коротких.

Временные кристаллы — это квантовые системы, структура которых периодически повторяется во времени, а не в пространстве, как у обычных кристаллов (например, льда или соли). Особенностью кристалла Рондо, названного так по аналогии с музыкальной формой, является сочетание стабильного повторяющегося цикла (дальнего временного порядка) с нерегулярными случайными флуктуациями внутри этого цикла (ближнего временного беспорядка). Это напоминает структуру льда, где атомы кислорода образуют упорядоченную решетку, а протоны водорода распределены хаотично.

Для создания этой фазы учёные использовали алмазную пластину, содержащую дефекты кристаллической решётки, известные как азотно-вакансионные (NV) центры. В этой системе ядра изотопов углерода-13 действуют как носители квантовой информации (кубиты). Процесс проходил в несколько этапов: сначала с помощью лазерного излучения была достигнута поляризация спинов NV-центров. Затем с помощью серии точно рассчитанных микроволновых импульсов исследователи управляли спинами ядер углерода-13. Специальные последовательности импульсов создавали как стабильную основу для временного порядка, так и вносили контролируемые изменения, формируя структуру кристалла Рондо.

В ходе эксперимента учёные также продемонстрировали возможность практического использования системы, успешно закодировав, сохранив и считав информацию в виде символов ASCII в последовательности временных импульсов кристалла. Авторы исследования утверждают, что разработанный ими протокол универсален и может быть применён к широкому спектру других квантовых платформ, открывая новые пути для изучения нетривиальных состояний материи и их потенциального использования в устройствах квантовой памяти.

Источник: Popular Mechanics