Гуи Цриттенден/Гетти Имагес
Временски кристали су необичност квантне физике, али нови прорачуни показују да би ови бизарни материјали могли бити корисни за изградњу веома тачних сатова.
Сви кристали су дефинисани понављањем – конвенционални кристали су направљени од атома распоређених у обрасцима који се понављају, а временски кристали имају структуру која се понавља у времену. Ако посматрате временски кристал довољно дуго, видећете га како кружи кроз исти скуп конфигурација изнова и изнова. Штавише, овај циклус настаје спонтано, не зато што је материјал приморан да га одржава, већ зато што је то његова пожељна фаза, слично као што је пожељна фаза воде на ниској температури лед.
Људмила Виоти у Међународном центру за теоријску физику Абдус Салам у Италији и њене колеге су сада показале да неки временски кристали могу бити добар грађевински блок за веома прецизне квантне сатове.
Они су математички анализирали систем од до 100 квантних механичких честица, од којих је свака имала два различита стања одређена својством квантног спина, слично као што новчић на столу има два различита стања одређена по томе која страна је окренута нагоре. Специфични спин систем који су истраживачи проучавали могао би постати временски кристал или постојати у конвенционалнијој фази која није спонтано осцилирала у времену, и могао би се користити као сат у било којој фази. Тим је израчунао како би се перформансе сата направљеног од окретања – његова тачност и прецизност – у фази временског кристала упоредиле са сатом направљеним од окретања у овој „нормалној“ фази.
„У нормалној фази, ако желите да решите мање временске интервале, губићете прецизност експоненцијално. У временској кристалној фази, за исту резолуцију, можете добити много већу тачност“, каже Виоти. Иако би сат заснован на окретању обично постао мање прецизан ако бисте желели, на пример, да мерите секунде, а не минуте, то се није десило ако би обртаји прво формирали временски кристал.
Марк Митцхисон на Краљевском колеџу у Лондону каже да није изненађујуће што би временски кристал био обећавајућа полазна тачка за прављење сата, али до сада је недостајала ригорозна анализа те предности. Он и његове колеге су раније доказали да се скоро сваки насумични низ догађаја може претворити у сат, али систем који има самоодрживе осцилације пружа структуру више налик сату од самог почетка, каже он.
„Око 10 година знамо да временски кристали могу да постоје, али још увек није јасно како да их искористимо“, каже Крзисзтоф Сацха на Јагелонском универзитету у Пољској. „Баш као што се обични кристали могу користити и за накит и за изградњу рачунарских процесора, ми бисмо желели да временски кристали омогуће и корисне технологије.
Мало је вероватно да ће временски кристали престићи тренутне најбоље сатове на свету, који су направљени од екстремно хладних атома, каже он, али би ипак могли да буду алтернатива мерењу времена заснованом на сателитским системима као што је ГПС, који могу да поремете подли актери. Сатови направљени од временских кристала такође би могли да постану основа сензора за магнетна поља, јер би чак и мале количине таквих поља пореметиле откуцаје сатова, каже Мичисон.
Ипак, остаје још много посла пре него што се временски кристали могу практично користити, каже Виотти. На пример, систем окретања њеног тима требало би да се упореди са другим системима који се понашају као тачни сатови и тестирани у експерименту са стварним окретима, каже она.
Теме:
