Физики снова расширяют границы возможного: исследователи из Вашингтонского университета в Сент-Луисе и MIT
представили новый тип так называемых временных кристаллов. Явление, существование которого еще недавно казалось чистой теорией, открывает перспективы для квантовых технологий будущего.
Что такое временные кристаллы?
Обычные кристаллы, например алмазы или кварц, обладают строго упорядоченной структурой в пространстве. Временные кристаллы упорядочены не только в пространстве, но и во времени. Их атомы движутся по строго заданному ритму, повторяя одни и те же изменения, и, что удивительно, делают это без затрат энергии. Это можно сравнить с часами, которые идут вечно без подзавода.
Хотя идея временных кристаллов была предложена в 2012 году, и их экспериментальное подтверждение появилось в 2016-м, новый прорыв связан с открытием временных квазикристаллов.
Что такое временные квазикристаллы?
В отличие от обычных временных кристаллов, которые повторяют один и тот же паттерн снова и снова, квазикристаллы меняют свою структуру во времени, но делают это по строго определенному, но не периодическому закону. Если временный кристалл — это ритмичное биение сердца, то временный квазикристалл — скорее сложная музыкальная композиция, где мотивы никогда не повторяются в точности.
Создать такую структуру оказалось непросто. Ученые использовали алмаз и изменили его атомную решетку, создавая внутри пустоты. Эти пустоты заполнились электронами, которые начали взаимодействовать на квантовом уровне, формируя сеть из миллионов таких микроскопических областей. Затем с помощью микроволн ученые инициировали их колебания.
Какие у открытия перспективы?
Хотя исследование носит фундаментальный характер, оно может найти применение в квантовых технологиях. Например, временные квазикристаллы могут стать основой для прецизионных сенсоров, которые способны фиксировать малейшие изменения магнитных полей. Это делает их полезными в медицине — для магнитоэнцефалографии (МЭГ), метода исследования активности мозга, который помогает диагностировать неврологические заболевания.
Также такие сенсоры могут применяться в геофизике, например, для мониторинга изменений магнитного поля Земли, что важно для предсказания землетрясений и поиска полезных ископаемых.
Еще одна важная область применения — квантовые компьютеры. Теоретически, временные квазикристаллы могут сохранять информацию на долгие периоды времени, выступая аналогом квантовой оперативной памяти. @everydayint