Eternal Change for No Energy:A Time Crystal τελικά Made Real

Σε μια προεκτύπωση που δημοσιεύτηκε διαδικτυακά την Πέμπτη το βράδυ, ερευνητές της Google σε συνεργασία με φυσικούς από το Στάνφορντ, το Πρίνστον και άλλα πανεπιστήμια λένε ότι χρησιμοποίησαν τον κβαντικό υπολογιστή της Google για να επιδείξουν έναν γνήσιο «κρύσταλλο χρόνου». Επιπλέον, μια ξεχωριστή ερευνητική ομάδα ισχυρίστηκε νωρίτερα αυτό το μήνα ότι δημιούργησε έναν κρύσταλλο χρόνου σε ένα διαμάντι.

Μια νέα φάση της ύλης που οι φυσικοί προσπάθησαν να συνειδητοποιήσουν εδώ και πολλά χρόνια, ένας κρύσταλλος χρόνου είναι ένα αντικείμενο του οποίου τα μέρη κινούνται σε έναν κανονικό, επαναλαμβανόμενο κύκλο, διατηρώντας αυτή τη συνεχή αλλαγή χωρίς καύση ενέργειας.

«Η συνέπεια είναι εκπληκτική:αποφεύγεις τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής», είπε ο Roderich Moessner, διευθυντής του Ινστιτούτου Max Planck για τη Φυσική των Μιγαδικών Συστημάτων στη Δρέσδη της Γερμανίας και συν-συγγραφέας στο έγγραφο της Google. Αυτός είναι ο νόμος που λέει ότι η διαταραχή αυξάνεται πάντα.

Οι κρύσταλλοι χρόνου είναι επίσης τα πρώτα αντικείμενα που σπάνε αυθόρμητα τη «συμμετρία μετάφρασης χρόνου», τον συνήθη κανόνα ότι ένα σταθερό αντικείμενο θα παραμείνει το ίδιο καθ' όλη τη διάρκεια του χρόνου. Ένας κρύσταλλος χρόνου είναι σταθερός και συνεχώς μεταβαλλόμενος, με ειδικές στιγμές που έρχονται σε περιοδικά χρονικά διαστήματα.

Ο κρύσταλλος χρόνου είναι μια νέα κατηγορία φάσεων της ύλης, που διευρύνει τον ορισμό του τι είναι φάση. Όλες οι άλλες γνωστές φάσεις, όπως το νερό ή ο πάγος, βρίσκονται σε θερμική ισορροπία:Τα συστατικά τους άτομα έχουν εγκατασταθεί στην κατάσταση με τη χαμηλότερη ενέργεια που επιτρέπεται από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος και οι ιδιότητές τους δεν αλλάζουν με το χρόνο. Ο κρύσταλλος του χρόνου είναι η πρώτη φάση «εκτός ισορροπίας»:Έχει τάξη και τέλεια σταθερότητα παρόλο που βρίσκεται σε διεγερμένη και εξελισσόμενη κατάσταση.

«Αυτός είναι ακριβώς αυτός ο εντελώς νέος και συναρπαστικός χώρος στον οποίο εργαζόμαστε τώρα», είπε η Vedika Khemani, ένας φυσικός συμπυκνωμένης ύλης τώρα στο Στάνφορντ που ανακάλυψε από κοινού τη νέα φάση ενώ ήταν μεταπτυχιακή φοιτήτρια και συνέγραψε τη νέα εργασία. με την ομάδα της Google.

Ο Khemani, ο Moessner, ο Shivaji Sondhi του Πρίνστον και ο Αχιλλέας Λαζαρίδης του Πανεπιστημίου Loughborough στο Ηνωμένο Βασίλειο ανακάλυψαν την πιθανότητα της φάσης και περιέγραψαν τις βασικές ιδιότητές της το 2015. μια αντίπαλη ομάδα φυσικών με επικεφαλής τον Chetan Nayak του Microsoft Station Q και το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στη Σάντα Μπάρμπαρα το προσδιόρισαν ως κρύσταλλο χρόνου αμέσως μετά.

Οι ερευνητές αγωνίστηκαν για τη δημιουργία ενός κρυστάλλου χρόνου τα τελευταία πέντε χρόνια, αλλά οι προηγούμενες επιδείξεις, αν και επιτυχείς με τους δικούς τους όρους, δεν κατάφεραν να ικανοποιήσουν όλα τα κριτήρια που απαιτούνται για να διαπιστωθεί η ύπαρξη του κρυστάλλου χρόνου. «Υπάρχουν καλοί λόγοι να πιστεύουμε ότι κανένα από αυτά τα πειράματα δεν πέτυχε πλήρως, και ένας κβαντικός υπολογιστής όπως [της Google] θα ήταν ιδιαίτερα σε θέση να κάνει πολύ καλύτερα από αυτά τα προηγούμενα πειράματα», δήλωσε ο John Chalker, ένας φυσικός συμπυκνωμένης ύλης στο Πανεπιστήμιο του Οξφόρδη που δεν συμμετείχε στη νέα δουλειά.

Η ομάδα κβαντικών υπολογιστών της Google έγινε πρωτοσέλιδο το 2019, όταν πραγματοποίησε τον πρώτο υπολογισμό που οι συνηθισμένοι υπολογιστές δεν πιστεύονταν ότι μπορούσαν να κάνουν σε πρακτικό χρονικό διάστημα. Ωστόσο, αυτό το έργο επινοήθηκε για να δείξει μια επιτάχυνση και δεν είχε εγγενές ενδιαφέρον. Η νέα επίδειξη κρυστάλλου χρόνου σηματοδοτεί μια από τις πρώτες φορές που ένας κβαντικός υπολογιστής βρήκε επικερδή δουλειά.

"Είναι μια φανταστική χρήση του επεξεργαστή [της Google]", είπε ο Nayak.

Με τη χθεσινή προεκτύπωση, η οποία υποβλήθηκε για δημοσίευση, και άλλα πρόσφατα αποτελέσματα, οι ερευνητές έχουν εκπληρώσει την αρχική ελπίδα για τους κβαντικούς υπολογιστές. Στην εργασία του το 1982 που πρότεινε τις συσκευές, ο φυσικός Richard Feynman υποστήριξε ότι θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την προσομοίωση των σωματιδίων οποιουδήποτε κβαντικού συστήματος που μπορεί να φανταστεί κανείς.

Ένας κρύσταλλος χρόνου αποτελεί παράδειγμα αυτού του οράματος. Είναι ένα κβαντικό αντικείμενο που η ίδια η φύση πιθανότατα δεν δημιουργεί ποτέ, δεδομένου του πολύπλοκου συνδυασμού ευαίσθητων συστατικών του. Η φαντασία δημιούργησε τη συνταγή, υποκινούμενη από τους πιο μπερδεμένους νόμους της φύσης.

Μια αδύνατη ιδέα, αναστήθηκε

Η αρχική έννοια του κρυστάλλου χρόνου είχε ένα μοιραίο ελάττωμα.

Ο βραβευμένος με Νόμπελ φυσικός Frank Wilczek συνέλαβε την ιδέα το 2012, ενώ δίδασκε ένα μάθημα για τους συνηθισμένους (χωρικούς) κρυστάλλους. "Αν σκέφτεστε για τους κρυστάλλους στο διάστημα, είναι πολύ φυσικό να σκεφτείτε επίσης την ταξινόμηση της κρυσταλλικής συμπεριφοράς στο χρόνο", είπε σε αυτό το περιοδικό λίγο αργότερα.

Σκεφτείτε ένα διαμάντι, μια κρυσταλλική φάση μιας συστάδας ατόμων άνθρακα. Η συστάδα διέπεται από τις ίδιες εξισώσεις παντού στο διάστημα, ωστόσο παίρνει μια μορφή που έχει περιοδικές χωρικές διακυμάνσεις, με άτομα τοποθετημένα σε σημεία πλέγματος. Οι φυσικοί λένε ότι «σπάει αυθόρμητα τη συμμετρία της μετάφρασης του χώρου». Μόνο οι καταστάσεις ισορροπίας ελάχιστης ενέργειας σπάνε αυθόρμητα τις χωρικές συμμετρίες με αυτόν τον τρόπο.

Ο Wilczek οραματίστηκε ένα πολυμερές αντικείμενο σε ισορροπία, σαν ένα διαμάντι. Αλλά αυτό το αντικείμενο σπάει τη συμμετρία χρονικής μετάφρασης:Υποβάλλεται σε περιοδική κίνηση, επιστρέφοντας στην αρχική του διαμόρφωση σε τακτά χρονικά διαστήματα.

Ο προτεινόμενος κρύσταλλος χρόνου του Wilczek ήταν βαθιά διαφορετικός από, ας πούμε, ένα ρολόι τοίχου - ένα αντικείμενο που υφίσταται επίσης περιοδική κίνηση. Οι δείκτες του ρολογιού καίνε ενέργεια και σταματούν όταν τελειώσει η μπαταρία. Ένας κρύσταλλος χρόνου Wilczekian δεν απαιτεί είσοδο και συνεχίζει επ 'αόριστον, καθώς το σύστημα βρίσκεται στην εξαιρετικά σταθερή κατάσταση ισορροπίας του.

Αν ακούγεται απίθανο, είναι:Μετά από πολλή συγκίνηση και διαμάχη, μια απόδειξη του 2014 έδειξε ότι η συνταγή του Wilczek αποτυγχάνει, όπως όλες οι άλλες μηχανές αέναης κίνησης που επινοήθηκαν σε όλη την ιστορία.

Εκείνη τη χρονιά, οι ερευνητές στο Πρίνστον σκέφτονταν κάτι άλλο. Η Khemani και ο διδακτορικός της σύμβουλος, Sondhi, μελετούσαν τον εντοπισμό πολλών σωμάτων, μια επέκταση της εντοπισμού του Anderson, την βραβευμένη με Νόμπελ ανακάλυψη του 1958 ότι ένα ηλεκτρόνιο μπορεί να κολλήσει στη θέση του, σαν σε μια χαραμάδα σε ένα τραχύ τοπίο.

Ένα ηλεκτρόνιο απεικονίζεται καλύτερα ως κύμα, του οποίου το ύψος σε διαφορετικά σημεία δίνει την πιθανότητα ανίχνευσης του σωματιδίου εκεί. Το κύμα εξαπλώνεται φυσικά με την πάροδο του χρόνου. Αλλά ο Philip Anderson ανακάλυψε ότι η τυχαιότητα - όπως η παρουσία τυχαίων ελαττωμάτων σε ένα κρυσταλλικό πλέγμα - μπορεί να προκαλέσει τη διάσπαση του κύματος του ηλεκτρονίου, να παρέμβει καταστροφικά στον εαυτό του και να ακυρωθεί παντού εκτός από μια μικρή περιοχή. Το σωματίδιο εντοπίζεται.

Οι άνθρωποι πίστευαν για δεκαετίες ότι οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ πολλαπλών σωματιδίων θα κατέστρεφαν το φαινόμενο παρεμβολής. Αλλά το 2005, τρεις φυσικοί στα πανεπιστήμια του Πρίνστον και της Κολούμπια έδειξαν ότι μια μονοδιάστατη αλυσίδα κβαντικών σωματιδίων μπορεί να βιώσει εντοπισμό πολλών σωμάτων. δηλαδή κολλάνε όλοι σε μια σταθερή κατάσταση. Αυτό το φαινόμενο θα γινόταν το πρώτο συστατικό του κρυστάλλου χρόνου.

Φανταστείτε μια σειρά σωματιδίων, το καθένα με μαγνητικό προσανατολισμό (ή «σπιν») που δείχνει πάνω, κάτω ή κάποια πιθανότητα και των δύο κατευθύνσεων. Φανταστείτε ότι οι τέσσερις πρώτες περιστροφές δείχνουν αρχικά πάνω, κάτω, κάτω και πάνω. Οι περιστροφές θα κυμαίνονται κβαντικά μηχανικά και θα ευθυγραμμίζονται γρήγορα, αν μπορούν. Αλλά η τυχαία παρεμβολή μεταξύ τους μπορεί να προκαλέσει τη κολλήσει στη σειρά των σωματιδίων στη συγκεκριμένη τους διαμόρφωση, ανίκανη να αναδιατάξει ή να εγκατασταθεί σε θερμική ισορροπία. Θα δείχνουν πάνω, κάτω, κάτω και πάνω επ' αόριστον.

Ο Sondhi και ένας συνεργάτης του είχαν ανακαλύψει ότι τα εντοπισμένα συστήματα πολλών σωμάτων μπορούν να επιδείξουν ένα ειδικό είδος τάξης, το οποίο θα γινόταν το δεύτερο βασικό συστατικό ενός κρυστάλλου χρόνου:Εάν αναστρέψετε όλες τις περιστροφές στο σύστημα (υποχωρώντας προς τα κάτω, πάνω, πάνω και κάτω στο παράδειγμά μας), λαμβάνετε μια άλλη σταθερή, εντοπισμένη κατάσταση πολλών σωμάτων.

Το φθινόπωρο του 2014, ο Khemani εντάχθηκε στο Sondhi με σαββατοκύριακο στο Ινστιτούτο Max Planck στη Δρέσδη. Εκεί, οι Moessner και Lazarides ειδικεύτηκαν στα λεγόμενα συστήματα Floquet:συστήματα που οδηγούνται περιοδικά, όπως ένας κρύσταλλος που διεγείρεται με λέιζερ συγκεκριμένης συχνότητας. Η ένταση του λέιζερ, και επομένως η ισχύς της επίδρασής του στο σύστημα, ποικίλλει περιοδικά.

Οι Moessner, Lazarides, Sondhi και Khemani μελέτησαν τι συμβαίνει όταν ένα εντοπισμένο σύστημα πολλών σωμάτων οδηγείται περιοδικά με αυτόν τον τρόπο. Βρήκαν σε υπολογισμούς και προσομοιώσεις ότι όταν γαργαλάτε μια τοπική αλυσίδα περιστροφών με ένα λέιζερ με συγκεκριμένο τρόπο, θα γυρίζουν εμπρός και πίσω, κινούμενοι μεταξύ δύο διαφορετικών τοπικών καταστάσεων πολλών σωμάτων σε έναν επαναλαμβανόμενο κύκλο για πάντα χωρίς να απορροφούν καθόλου καθαρή ενέργεια από το λέιζερ.

Ονόμασαν την ανακάλυψή τους φάση pi spin-glass (όπου η γωνία pi σημαίνει αναστροφή 180 μοιρών). Η ομάδα ανέφερε την ιδέα αυτής της νέας φάσης της ύλης - της πρώτης φάσης πολλών σωμάτων, εκτός ισορροπίας που εντοπίστηκε ποτέ - σε μια προεκτύπωση του 2015, αλλά οι λέξεις "κρύσταλλος χρόνου" δεν εμφανίζονταν πουθενά σε αυτήν. Οι συγγραφείς πρόσθεσαν τον όρο σε μια ενημερωμένη έκδοση, που δημοσιεύτηκε στο Physical Review Letters τον Ιούνιο του 2016, ευχαριστώντας έναν κριτικό για τις ευχαριστίες που έκανε για τη σύνδεση μεταξύ της φάσης spin-glass pi και των κρυστάλλων χρόνου.

Κάτι άλλο συνέβη μεταξύ της εμφάνισης της προεκτύπωσης και της δημοσίευσής της:ο Nayak, ο οποίος είναι πρώην μεταπτυχιακός φοιτητής του Wilczek, και οι συνεργάτες Dominic Else και Bela Bauer δημοσίευσαν μια προτύπωση τον Μάρτιο του 2016, προτείνοντας την ύπαρξη αντικειμένων που ονομάζονται Floquet time crystals. Έδειξαν τη φάση του Khemani και της εταιρείας pi spin-glass ως παράδειγμα.

Ένας κρύσταλλος χρόνου Floquet παρουσιάζει το είδος της συμπεριφοράς που οραματίστηκε ο Wilczek, αλλά μόνο όταν οδηγείται περιοδικά από μια εξωτερική πηγή ενέργειας. Αυτό το είδος κρυστάλλου χρόνου παρακάμπτει την αποτυχία της αρχικής ιδέας του Wilczek με το να μην δηλώνει ποτέ ότι βρίσκεται σε θερμική ισορροπία. Επειδή είναι ένα εντοπισμένο σύστημα πολλών σωμάτων, οι περιστροφές του ή άλλα μέρη του δεν μπορούν να βρεθούν σε ισορροπία. έχουν κολλήσει εκεί που είναι. Αλλά ούτε το σύστημα θερμαίνεται, παρά το γεγονός ότι αντλείται από λέιζερ ή άλλο οδηγό. Αντίθετα, κάνει κύκλους εμπρός και πίσω επ' αόριστον μεταξύ τοπικών καταστάσεων.

Ήδη, το λέιζερ θα έχει σπάσει τη συμμετρία μεταξύ όλων των χρονικών στιγμών για τη σειρά των περιστροφών, επιβάλλοντας αντ 'αυτού τη «διακριτή συμμετρία μετάφρασης χρόνου» - δηλαδή πανομοιότυπες συνθήκες μόνο μετά από κάθε περιοδικό κύκλο του λέιζερ. Στη συνέχεια, όμως, μέσω των ανατροπών της μπρος-πίσω, η σειρά περιστροφών σπάει περαιτέρω τη διακριτή συμμετρία χρονικής μετάφρασης που επιβάλλει το λέιζερ, καθώς οι δικοί του περιοδικοί κύκλοι είναι πολλαπλάσιοι από εκείνους του λέιζερ.

Ο Khemani και οι συν-συγγραφείς του είχαν χαρακτηρίσει αυτή τη φάση λεπτομερώς, αλλά η ομάδα του Nayak τη διατύπωσε στη γλώσσα του χρόνου, της συμμετρίας και της αυθόρμητης διάρρηξης της συμμετρίας - όλες οι θεμελιώδεις έννοιες της φυσικής. Εκτός από την προσφορά πιο σέξι ορολογίας, παρείχαν νέες πτυχές κατανόησης και γενίκευσαν ελαφρώς την έννοια του κρυστάλλου χρόνου Floquet πέρα ​​από τη φάση pi spin-glass (σημειώνοντας ότι δεν χρειάζεται κάποια συμμετρία). Η εργασία τους δημοσιεύτηκε στο Physical Review Letters τον Αύγουστο του 2016, δύο μήνες αφότου η Khemani και η εταιρεία δημοσίευσαν τη θεωρητική ανακάλυψη του πρώτου παραδείγματος της φάσης.

Και οι δύο ομάδες ισχυρίζονται ότι έχουν ανακαλύψει την ιδέα. Από τότε, οι αντίπαλοι ερευνητές και άλλοι αγωνίζονται για να δημιουργήσουν έναν κρύσταλλο χρόνου στην πραγματικότητα.

Η τέλεια πλατφόρμα

Το πλήρωμα του Nayak συνεργάστηκε με τον Chris Monroe στο Πανεπιστήμιο του Maryland, ο οποίος χρησιμοποιεί ηλεκτρομαγνητικά πεδία για να παγιδεύσει και να ελέγξει ιόντα. Τον περασμένο μήνα, η ομάδα αναφέρθηκε στο Science ότι είχαν μετατρέψει τα παγιδευμένα ιόντα σε έναν κατά προσέγγιση ή «προθερμικό» κρύσταλλο χρόνου. Οι κυκλικές του παραλλαγές (σε αυτή την περίπτωση, τα ιόντα που πηδούν μεταξύ δύο καταστάσεων) είναι πρακτικά αδιάκριτες από αυτές ενός γνήσιου κρυστάλλου χρόνου. Αλλά σε αντίθεση με ένα διαμάντι, αυτός ο προθερμικός κρύσταλλος χρόνου δεν είναι για πάντα. εάν το πείραμα διήρκεσε αρκετά, το σύστημα θα εξισορροπούσε σταδιακά και η κυκλική συμπεριφορά θα κατέρρεε.

Οι Khemani, Sondhi, Moessner και συνεργάτες έφτιαξαν το βαγόνι τους αλλού. Το 2019, η Google ανακοίνωσε ότι ο κβαντικός υπολογιστής Sycamore της είχε ολοκληρώσει μια εργασία σε 200 δευτερόλεπτα που θα χρειαζόταν ένας συμβατικός υπολογιστής 10.000 χρόνια. (Άλλοι ερευνητές θα περιέγραφαν αργότερα έναν τρόπο για να επιταχυνθεί πολύ ο υπολογισμός του συνηθισμένου υπολογιστή.) Διαβάζοντας το έγγραφο ανακοίνωσης, είπε ο Moessner, αυτός και οι συνάδελφοί του συνειδητοποίησαν ότι «ο επεξεργαστής Sycamore περιέχει ως θεμελιώδη δομικά στοιχεία ακριβώς τα πράγματα που πρέπει να συνειδητοποιήσουμε ο κρύσταλλος του χρόνου Floquet."

Ευτυχώς, οι προγραμματιστές του Sycamore έψαχναν επίσης κάτι να κάνουν με το μηχάνημά τους, το οποίο είναι πολύ επιρρεπές σε σφάλματα για να τρέξει τους αλγόριθμους κρυπτογράφησης και αναζήτησης που έχουν σχεδιαστεί για πλήρεις κβαντικούς υπολογιστές. Όταν ο Khemani και οι συνεργάτες του επικοινώνησαν με τον Kostya Kechedzhi, έναν θεωρητικό της Google, αυτός και η ομάδα του συμφώνησαν γρήγορα να συνεργαστούν στο έργο του κρυστάλλου χρόνου. "Η δουλειά μου, όχι μόνο με διακριτούς κρυστάλλους χρόνου αλλά και άλλα έργα, είναι να προσπαθήσω να χρησιμοποιήσω τον επεξεργαστή μας ως επιστημονικό εργαλείο για τη μελέτη νέας φυσικής ή χημείας", είπε ο Kechedzhi.

Οι κβαντικοί υπολογιστές αποτελούνται από «qubits» — ουσιαστικά ελεγχόμενα κβαντικά σωματίδια, καθένα από τα οποία μπορεί να διατηρήσει δύο πιθανές καταστάσεις, με την ένδειξη 0 και 1, ταυτόχρονα. Όταν τα qubits αλληλεπιδρούν, μπορούν συλλογικά να ταχυδακτυλουργήσουν έναν εκθετικό αριθμό ταυτόχρονων δυνατοτήτων, επιτρέποντας υπολογιστικά πλεονεκτήματα.

Τα qubits της Google αποτελούνται από υπεραγώγιμες λωρίδες αλουμινίου. Κάθε ένα έχει δύο πιθανές ενεργειακές καταστάσεις, οι οποίες μπορούν να προγραμματιστούν ώστε να αναπαριστούν περιστροφές που δείχνουν προς τα πάνω ή προς τα κάτω. Για την επίδειξη, ο Kechedzhi και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν ένα τσιπ με 20 qubits ως κρύσταλλο χρόνου.

Ίσως το κύριο πλεονέκτημα του μηχανήματος έναντι των ανταγωνιστών του είναι η ικανότητά του να συντονίζει τα δυνατά σημεία των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των qubits του. Αυτή η δυνατότητα συντονισμού είναι το κλειδί για το γιατί το σύστημα θα μπορούσε να γίνει κρύσταλλος χρόνου:Οι προγραμματιστές μπορούσαν να τυχαιοποιήσουν τις δυνάμεις αλληλεπίδρασης των qubits και αυτή η τυχαιότητα δημιούργησε καταστροφική παρεμβολή μεταξύ τους που επέτρεψε στη σειρά των περιστροφών να επιτύχει εντοπισμό πολλών σωμάτων. Τα qubits θα μπορούσαν να κλειδώσουν σε ένα καθορισμένο μοτίβο προσανατολισμών αντί να ευθυγραμμιστούν.

Οι ερευνητές έδωσαν στις περιστροφές αυθαίρετες αρχικές διαμορφώσεις, όπως:πάνω, κάτω, κάτω, πάνω και ούτω καθεξής. Η άντληση του συστήματος με μικροκύματα γυρίζει προς τα πάνω προς τα κάτω και αντίστροφα. Εκτελώντας δεκάδες χιλιάδες επιδείξεις για κάθε αρχική διαμόρφωση και μετρώντας τις καταστάσεις των qubits μετά από διαφορετικά χρονικά διαστήματα σε κάθε εκτέλεση, οι ερευνητές μπορούσαν να παρατηρήσουν ότι το σύστημα περιστροφών γυρνούσε μπρος-πίσω μεταξύ δύο τοπικών καταστάσεων πολλών σωμάτων. /P>

Το χαρακτηριστικό μιας φάσης είναι η εξαιρετική σταθερότητα. Ο πάγος παραμένει ως πάγος ακόμα κι αν η θερμοκρασία παρουσιάζει διακυμάνσεις. Πράγματι, οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι οι παλμοί μικροκυμάτων έπρεπε μόνο να αναστρέψουν τις περιστροφές κάπου στο γήπεδο των 180 μοιρών, αλλά όχι ακριβώς τόσο πολύ, για να επιστρέψουν οι στροφές στον ακριβή αρχικό τους προσανατολισμό μετά από δύο παλμούς, όπως τα μικρά σκάφη που διορθώνονται. Επιπλέον, οι περιστροφές ποτέ δεν απορρόφησαν ή απέσυραν την καθαρή ενέργεια από το λέιζερ μικροκυμάτων, αφήνοντας αμετάβλητη τη διαταραχή του συστήματος.

Στις 5 Ιουλίου, μια ομάδα με έδρα το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο του Ντελφτ στην Ολλανδία ανέφερε ότι κατασκεύασε έναν κρύσταλλο χρόνου Floquet όχι σε κβαντικό επεξεργαστή, αλλά από πυρηνικές περιστροφές ατόμων άνθρακα σε ένα διαμάντι. Το σύστημα Delft είναι μικρότερο και πιο περιορισμένο από τον κρύσταλλο χρόνου που πραγματοποιείται στον κβαντικό επεξεργαστή της Google.

Δεν είναι σαφές εάν ένας κρύσταλλος χρόνου Floquet μπορεί να έχει πρακτική χρήση. Αλλά η σταθερότητά του φαίνεται πολλά υποσχόμενη για τον Moessner. "Κάτι τόσο σταθερό όσο αυτό είναι ασυνήθιστο και τα ειδικά πράγματα γίνονται χρήσιμα", είπε.

Ή το κράτος μπορεί να είναι απλώς εννοιολογικά χρήσιμο. Είναι το πρώτο και απλούστερο παράδειγμα μιας φάσης εκτός ισορροπίας, αλλά οι ερευνητές υποψιάζονται ότι περισσότερες τέτοιες φάσεις είναι φυσικά πιθανές.

Ο Nayak υποστηρίζει ότι οι κρύσταλλοι του χρόνου φωτίζουν κάτι βαθύ σχετικά με τη φύση του χρόνου. Κανονικά στη φυσική, είπε, «όσο κι αν προσπαθείς να αντιμετωπίσεις τον [χρόνο] σαν μια άλλη διάσταση, είναι πάντα κάτι ακραίο». Ο Αϊνστάιν έκανε την καλύτερη προσπάθεια για ενοποίηση, πλέοντας τον τρισδιάστατο χώρο μαζί με τον χρόνο σε ένα τετραδιάστατο ύφασμα:τον χωροχρόνο. Αλλά και στη θεωρία του, ο μονοκατευθυντικός χρόνος είναι μοναδικός. Με τους κρυστάλλους του χρόνου, ο Nayak είπε, "αυτή είναι η πρώτη περίπτωση που γνωρίζω όπου ξαφνικά είναι μόνο ένας από τους συμμορίες."

Ο Τσάλκερ υποστηρίζει, ωστόσο, ότι ο χρόνος παραμένει ακραίος. Ο κρύσταλλος χρόνου του Wilczek θα ήταν μια πραγματική ενοποίηση του χρόνου και του χώρου, είπε. Οι χωρικοί κρύσταλλοι βρίσκονται σε ισορροπία και, σχετικά, διασπούν τη συνεχή συμμετρία μεταφράσεων του χώρου. Η ανακάλυψη ότι, στην περίπτωση του χρόνου, μόνο η διακριτή συμμετρία της μετάφρασης του χρόνου μπορεί να σπάσει από τους κρυστάλλους χρόνου θέτει μια νέα οπτική γωνία στη διάκριση μεταξύ χρόνου και χώρου.

Αυτές οι συζητήσεις θα συνεχιστούν, με γνώμονα τη δυνατότητα εξερεύνησης σε κβαντικούς υπολογιστές. Οι φυσικοί της συμπυκνωμένης ύλης συνήθιζαν να ασχολούνται με τις φάσεις του φυσικού κόσμου. «Η εστίαση μετακινήθηκε από τη μελέτη του τι μας δίνει η φύση», είπε ο Τσάλκερ, στο να ονειρευτούμε εξωτικές μορφές ύλης που επιτρέπει η κβαντική μηχανική.

Ενημέρωση: 30 Ιουλίου 2021
Μετά τη δημοσίευση αυτού του άρθρου, Η Quanta μάθαινε ότι μια ξεχωριστή ερευνητική ομάδα είχε δημοσιεύσει, στις 5 Ιουλίου, μια προεκτύπωση που ισχυριζόταν ότι δημιούργησε έναν κρύσταλλο χρόνου χρησιμοποιώντας εννέα άτομα άνθρακα σε ένα διαμάντι. Ενημερώσαμε το άρθρο για να συμπεριλάβουμε αυτό το αποτέλεσμα.