Ученые из Университета Аалто в Финляндии впервые подключили «кристалл времени» к внешней системе. Результаты работы опубликованы в Nature Communications. Авторы отмечают, что открытие может приблизить создание более устойчивой памяти для квантовых компьютеров и новых высокоточных датчиков.
Саму концепцию кристаллов времени в 2012 году предложил лауреат Нобелевской премии Фрэнк Вильчек. Такие системы отличаются от обычных кристаллов: их структура упорядочена не в пространстве, а во времени, и они способны демонстрировать периодические изменения даже в состоянии минимальной энергии. Экспериментальное подтверждение существования подобных объектов появилось в 2016 году, однако связать их с внешними устройствами без разрушения квантового состояния до сих пор не удавалось.
Группа под руководством исследователя Йере Мякинена преодолела это ограничение. Для формирования кристалла времени использовались радиоволны, с их помощью в сверхтекучий гелий-3, охлажденный почти до абсолютного нуля, вводились магноны — особые квазичастицы.
После отключения радиосигнала магноны самостоятельно формировали структуру кристалла времени. По данным ученых, состояние системы сохранялось до 108 циклов, что соответствует нескольким минутам существования.
Йере Мякинен пояснил, что в квантовой физике возможно своеобразное «вечное движение», если система не подвергается внешнему воздействию, включая наблюдение. Именно это и осложняло ранее попытки соединить кристаллы времени с внешними устройствами без разрушения их состояния.
Главным результатом эксперимента стало взаимодействие затухающего кристалла времени с механическим осциллятором. Исследователи установили, что изменения его частоты соответствуют оптомеханическим эффектам, которые применяются, например, в обсерватории LIGO при регистрации гравитационных волн.
По оценке авторов, полученные данные открывают возможность управляемого воздействия на свойства кристаллов времени и их применения в технологиях. Ученые отмечают, что такие системы могут сохранять стабильность значительно дольше традиционных квантовых состояний.
В будущем разработка может лечь в основу более надежной памяти для квантовых компьютеров, повысить точность вычислительных процессов и использоваться как сверхточные эталоны частоты в высокочувствительных измерительных приборах.
