A szabályos kristályokat az atomok ismétlődő mintázatú, erősen rendezett szerkezete jellemzi. Ha tehát ezek az atomok a térben ismétlődnek, létezhetnek-e más kristályok, amelyek mintázata ehelyett az időben ismétlődik, és vajon hogyan nézhetnek ki?

A Nobel-díjas Frank Wilczek 2012-ben felvetette, hogy előfordulhatnak úgynevezett időkristályok, 2016-ra pedig már laboratóriumban kísérleti jelleggel is sikerült őket megalkotni.

Az időkristályban az atomok periodikusan ismétlődő mintázatú mozgást mutatnak – így például a forgásaik előre kiszámíthatóak, hiszen periodikusan, szabályozható tempóban fel-le pörögnek. Ami viszont ennél sokkal furcsább, hogy ez a ritmus nem követi az indító erő frekvenciáját, illetve fontos megjegyezni, hogy egy tökéletes rendszerben az atomok minden további nélkül örökké rezegnek, az időkristályban pedig ez másként történik meg.

A jelenséget egy zselés vagy pudingos tállal magyarázhatjuk: normál esetben ha megkocogtatjuk, azt várnánk, hogy néhány másodpercig rázkódik a benne lévő finomság, majd abbamarad, amíg újra meg nem koccintjuk. Arra viszont nem számítanánk, hogy az örökkévalóságig váltakozva rázkódik a massza minden egyes koppintás után, az időkristály viszont pontosan ezt teszi.

A Google kvantumszámítógépe - Forrás: Live
Science

Elképzelhető, hogy mindez paradoxonnak hangzik, és a rendszer túlságosan közel áll az örökmozgóhoz, de az időkristályok technikailag nem szegik meg a termodinamika törvényeit. Az energia a rendszer egészében állandósul, és az entrópia (a rendezetlenség mértékegysége) nem csökken, hanem állandó marad.

A kutatók nemrégiben a Google kvantumprocesszorában, a Sycamore-ban bukkantak rá a kvantumprocesszor fő alkotóelemére. A fizikusokból és informatikusokból álló csapat szakemberei egy 20 qubitből álló rácsot lézerrel pattintottak meg, hogy beindítsák a korábban már említett rázkódást és ketyegést – olvasható a Stanford Egyetem beszámolójában.

A qubitek csak két lézerimpulzusonként egyszer fordították meg a spinjeiket, ezzel megtörve az időátviteli szimmetriát és létrehozva az időkristályt. Fontos hozzátenni, hogy a kutatócsapat szerint ez volt az első időkristály, amely soktestű lokalizációt mutatott, egy olyan jelenséget, amely révén stabilan tudnak maradni, és nem omlik össze a szerkezetük.

Az ominózus kísérletben a tudósok csak néhány száz cikluson keresztül tudták megfigyelni az időkristályokat, de azt mondják, hogy a hosszú távú stabilitásuk esetén a kvantumszámítógép által futtatott szimulációk segítségével is igazolni lehet őket a jövőben.

„Sikerült kihasználnunk a kvantumszámítógép sokoldalúságát, hogy segítsen nekünk elemezni saját korlátait. Lényegében kiderült, hogyan korrigálja saját hibáit, így az ideális időkristályos viselkedés ujjlenyomata megállapítható volt a véges idejű megfigyelésekből” – mondta Roderich Moessner, a tanulmány társszerzője. (liner.hu)