Кристали часу були у нас під носом всі ці роки

На думку вчених «кристали часу» мають великий потенціал, адже їх можна використовувати, наприклад, для поліпшення роботи супутникової навігації. Вперше «кристали часу» були експериментально продемонстровані в 2017 році, а вже в 2021 році дослідники з «Google» заявили про те, що розмістять всередині квантового комп'ютера «Google Sycamore» темпоральний кристал. Завдяки якому, він зможе за лічені хвилини вирішувати завдання. Так що це все-таки за «нововведення»?

У 2012 році лауреат Нобелівської премії з фізики Френк Вільчек припустив існування нового типу кристала. Хоча більшість кристалів мають структуру, що повторюється в двох або трьох вимірах, Вільчек представив концепцію кристала, структура якого відтворюється чотири рази: три з них відповідають вимірюванням простору, а четверте - вимірюванню часу. Він назвав цю гіпотетичну структуру «кристалом часу», і лише в 2018 році вченим вдалося з'ясувати, як можна синтезувати їх в лабораторних умовах.

Кристали часу - що, навіщо і чому?

Кристали часу абсолютно новий вид стану матерії, при якому періодично змінюється його структура без виділення або поглинання енергії. Що дивно в них, так це те, що, коли вони переміщуються взад і вперед між двома різними конфігураціями, вони не втрачають і не використовують ніякої енергії. Це не машина часу і не артефакт, мова йде про фізичну теорію, яка поки тільки розробляється. Формально при цьому порушується другий закон термодинаміки і симетрія обігу часу.

Атоми «Кристала часу», який нагадує «Кубик Рубіка»

Будь-який стандартний кристал, який ми знаємо, наприклад такий як алмаз, смарагд або навіть звичайний кубик льоду визначає те, що атоми кристала якимось чином розташовані в суворій послідовності, що повторюється, на однаковій відстані один від одного. Теорія відносності стверджує, що існує три вимірювання простору і четвертий вимір, час. Тому деякі фізики задалися питанням, чи можуть атоми кристала бути розташовані в часі за повторюваними закономірностями. Сама по собі ідея є досить новою. Її вперше висунув нобелівський лауреат, фізик - Франк Вільчек у 2012 році.

Опубліковані дослідження показали, що горезвісні кристали часу існують не тільки як продукт лабораторної діяльності вчених. Виявилося, що подібні структури можуть формуватися і в природному середовищі, при цьому сам процес набагато простіше, ніж уявляли собі фахівці. Для людства це велика удача: кристали Вільчека можуть бути використані в практичних цілях, наприклад для створення надточних атомних годинників, гіроскопів нового покоління та інших пристроїв.

Кристали часу виявляють досить дивну активність під впливом електромагнітних хвиль. У такому кристалі всі молекули обертаються в певному напрямку, і з кожним новим ЕМ-імпульсом воно змінюється. Але навіть якщо імпульси носять безсистемний характер, напрямок обертання все одно змінюється з регулярними інтервалами, завдяки чому кристали часу можуть використовуватися як міра відліку тимчасових інтервалів, тобто як універсальний годинник.

Дослідження темпорального кристала

У 2016 році фізикам з Університету Меріленда вдалося зібрати «сирий» кристал часу. Дослідники з'ясували, як створити ці кристали в лабораторії за допомогою досить складної методики, що включає в себе точковий вплив лазерів на набір атомів іттербію.

Єльський університет - де довели, що синтезувати темпоральний кристал легко

Нова робота фізиків з Єльського університету довела, що синтезувати кристали часу легко. Теоретично, в деяких структурах «юного хіміка» можуть ховатися кристали Вільчека. Шон Баррет, автор дослідження, зазначає, що фізикам це тільки на руку, оскільки чим дешевше і простіше процес - тим легше його вивчати. Тепер їм належить у всіх деталях розібратися в механізмі синтезу «кристалів часу» і визначити, як саме їх можна використовувати на благо технологічного прогресу.

Кристал часу «Google» 2021

Все ж у 2021 році вченим вдалося довести можливість існування фізичних структур, раніше передбачених тільки теоретично, зробивши прорив у фундаментальній фізиці. Вони змогли отримати так званий «темпоральний кристал» на базі 20-кубітового квантового комп'ютера «Sycamore Google», що може послужити більш надійному використанню квантових комп'ютерів. Але це попереднє дослідження, і йому ще належить пройти повну експертну оцінку.

Що ж такого доброго в цьому дослідженні? Майже всі технології далекого майбутнього, які зможуть здатних існувати без спалювання палива або використання енергії, вимагатимуть систем квантових обчислень. Самі по собі вони досить крихкі, а допомогти в цьому може якраз «часовий кристал». Потенційно Google довів, що люди можуть виробляти кристали часу. В основному вони вважають, що довели цю концепцію, так що тепер настав час подивитися, що з нею можна зробити.