Ученые впервые подключили «кристалл времени» к внешнему устройству

Исследователи из Университета Аалто в Финляндии совершили прорыв, впервые в истории подключив «кристалл времени» к внешней системе. Работа, опубликованная в журнале Nature Communications, открывает путь к созданию сверхточных датчиков и улучшенной памяти для квантовых компьютеров.

Концепцию кристаллов времени в 2012 году предложил нобелевский лауреат Фрэнк Вильчек. В отличие от обычных кристаллов с упорядоченной структурой в пространстве, эти квантовые системы демонстрируют повторяющиеся изменения во времени, находясь при этом в состоянии с наименьшей энергией. Их существование было экспериментально подтверждено в 2016 году, но до сих пор их не удавалось соединить с внешними устройствами, так как любое наблюдение разрушает их состояние.

Команда под руководством академического исследователя Йере Мякинена смогла обойти это ограничение. Ученые создали кристалл времени, используя радиоволны для инжекции магнонов (квазичастиц) в сверхтекучий гелий-3, охлажденный до температур, близких к абсолютному нулю. После отключения радиоволн магноны самопроизвольно организовались в кристалл времени, который существовал до 108 циклов (несколько минут).

«Вечное движение возможно в квантовой сфере, если оно не нарушается внешним поступлением энергии, например, наблюдением. Именно поэтому кристалл времени никогда ранее не был соединен с какой-либо внешней системой. Но мы сделали это и впервые показали, что можно настраивать свойства кристалла с помощью этого метода», — объясняет Мякинен.

Ключевым достижением стало то, что по мере затухания кристалл времени взаимодействовал с соседним механическим осциллятором. Ученые обнаружили, что изменения в частоте кристалла полностью аналогичны оптомеханическим явлениям, используемым, например, в обсерватории LIGO для обнаружения гравитационных волн. Это открывает возможность управлять поведением кристаллов времени.

По словам Мякинена, кристаллы времени существуют на порядки дольше, чем обычные квантовые системы, используемые сегодня. В перспективе они могут стать основой для памяти квантовых компьютеров, значительно повысив их производительность, а также применяться в качестве эталонов частоты в устройствах сверхвысокой чувствительности.