Физики подтвердили существование кристаллов времени

Вы ищете лазейку в законах, запрещающих вечный двигатель? Для того чтобы знать, что у вас есть настоящий кристалл времени, требуется нечто большее, чем просто внимательный взгляд на высококачественные драгоценные камни.

В новом исследовании международная группа исследователей использовала квантовое вычислительное оборудование Sycamore компании Google, чтобы перепроверить свое теоретическое видение кристалла времени, и подтвердила, что он соответствует всем требованиям новой формы технологии, о которой мы еще только начинаем задумываться.

Подобно обычным кристаллам, состоящим из бесконечно повторяющихся единиц атомов, кристалл времени - это бесконечно повторяющееся изменение в системе, которое, что примечательно, не требует энергии для входа или выхода.

Хотя такая вещь близка к нарушению некоторых законов термодинамики, тот факт, что энтропия системы не увеличивается, означает, что она должна находиться на правильной стороне физики.

В реальности такой кристалл может выглядеть как некое колебание, которое не синхронизируется с остальными ритмами системы. Например, лазер, отбивающий ровный ритм на кристалле времени, может заставить спин его частиц переворачиваться только при каждом втором касании.

Это непокорное колебание является характерным поведением кристалла времени и использовалось в качестве доказательства разработки и производства кристаллов времени в прошлых экспериментах.

Но сложность огромного количества взаимодействующих квантовых объектов, каждый из которых раскачивается в своем собственном ритме, оставляет определенное пространство для объяснений, которые не обязательно зависят от тех же правил, которые лежат в основе физики кристаллов времени.

Поэтому, хотя это и маловероятно, мы не можем исключить, что система, которая изначально выглядит как кристалл времени, на самом деле может нагреваться в течение веков и в конце концов разрушиться.

Конечно, вы можете просто сидеть и смотреть, как ваш кристалл гудит, пока в конечном итоге не наступит тепловая смерть Вселенной. Или вы можете позволить квантовому компьютеру сделать эту работу за вас.

"Общая картина заключается в том, что мы берем устройства, которые должны стать квантовыми компьютерами будущего, и рассматриваем их как сложные квантовые системы сами по себе", - говорит физик Стэнфордского университета Маттео Ипполити.

"Вместо вычислений мы используем компьютер в качестве новой экспериментальной платформы для реализации и обнаружения новых фаз материи".

Отправной точкой для этого конкретного временного кристалла стала удивительно непреднамеренная работа физика-теоретика из Стэнфорда Ведика Хемани по неравновесной физике.

Мы хорошо знакомы с последствиями такого рода физики в повседневной жизни. Оставьте горячую чашку кофе на скамейке на полчаса, и вы увидите, как быстро рассеивается ее тепловая энергия, поскольку она находится вне равновесия с окружающей средой.

Хемани и ее коллег больше интересовал дисбаланс энергии на гораздо менее интуитивном уровне квантовой физики.

Только когда рецензент исследования Кемани обратил ее внимание на сходство между ее собственной работой и кристаллами времени, она обратила свое внимание на эту захватывающую новую область физики.

"Кристаллы времени являются ярким примером нового типа неравновесной квантовой фазы материи", - говорит Хемани.

"Хотя большая часть нашего понимания физики конденсированных сред основана на равновесных системах, эти новые квантовые устройства дают нам увлекательное окно в новые неравновесные режимы в физике многих тел".

Моделирование временного кристалла на квантовой технологии Google позволило команде искать признаки бесконечного повторения в пределах всего нескольких сотен ударов лазерного импульса. Они также могли запускать моделирование в обратном направлении и масштабировать его размер.

"По сути, она подсказала нам, как исправить свои собственные ошибки, так что отпечаток идеального поведения кристалла времени можно было получить из наблюдений за конечным временем", - говорит Родерих Месснер, физик-теоретик из Института физики сложных систем имени Макса Планка в Германии.

Наличие способов моделирования реальных кристаллов времени с уверенностью в том, что они представляют собой действительно уникальную фазу материи, может оказаться бесценным для исследования безумных сложностей неравновесной квантовой физики".

Кристаллы времени обещают стать окном в новые способы функционирования широкого спектра сложных систем, обеспечивая понимание не только квантовых пространств, но и таких сложных систем, как наш собственный мозг.

В один прекрасный день многие ученые из самых разных областей будут стремиться приобрести временной кристалл. Теперь у них меньше шансов быть обманутыми.

Это исследование было опубликовано в журнале Nature.