Кристаллы времени впервые подключили к внешнему миру. Физики научились управлять самой загадочной формой материи
Эксперимент в сверхтекучем гелии-3 продлил существование квантового объекта до рекордных минут и показал его управляемость.
Учёные из Университета Аалто впервые смогли связать так называемый «временной кристалл» с внешней системой — шаг, который может радикально усилить потенциал квантовых компьютеров и датчиков будущего. Исследование под руководством Йере Мякинена опубликовано в журнале Nature Communications.
Идею временных кристаллов ещё в 2012 году предложил нобелевский лауреат Фрэнк Вильчек. Он предположил, что квантовые системы могут самоорганизовываться не только в пространстве, как обычные кристаллы, но и во времени — создавая состояние с минимальной энергией, которое бесконечно повторяет движения без внешнего подзаряда. Первые подтверждения существования таких структур появились в 2016 году.
До сих пор ключевая проблема заключалась в том, что любой контакт с внешней системой разрушал хрупкое равновесие временного кристалла. Финские физики нашли способ обойти это ограничение. Они использовали радиоволны, чтобы «накачать» магноны — квазичастицы, представляющие собой коллективное поведение частиц — в сверхтекучий гелий-3, охлаждённый почти до абсолютного нуля. После прекращения подачи энергии магноны самопроизвольно образовали временной кристалл, который оставался в движении рекордно долго — до 108 циклов, то есть несколько минут, прежде чем ослабеть до невидимого уровня.
Во время затухания кристалл самопроизвольно связался с расположенным рядом механическим осциллятором, и характер этой связи зависел от частоты и амплитуды осциллятора. По словам Мякинена, наблюдавшиеся эффекты полностью аналогичны известным в физике оптомеханическим явлениям — тем самым, которые лежат в основе работы американской обсерватории LIGO, фиксирующей гравитационные волны. Учёные отмечают, что при дальнейшем снижении потерь энергии и повышении частоты осциллятора их установка может приблизиться к границе квантового предела.
Если удастся стабилизировать такие системы, временные кристаллы могут стать новой базой для квантовых технологий. Они сохраняют устойчивость значительно дольше, чем существующие квантовые состояния, что делает их перспективными для использования в памяти квантовых компьютеров и в качестве эталонов частоты для сверхточных измерительных приборов.