Новый подход может вывести кристаллы времени из лаборатории в реальный мир

Мы только что сделали еще один шаг на пути к созданию кристаллов времени, которые можно использовать в практических целях.

Новая экспериментальная работа позволила получить кристалл времени комнатной температуры в системе, которая не изолирована от окружающей среды.

Это, по словам исследователей, открывает путь к созданию кристаллов времени в масштабе микросхемы, которые можно будет использовать в реальных условиях, вдали от дорогостоящего лабораторного оборудования, необходимого для поддержания их работы.

"Когда ваша экспериментальная система обменивается энергией с окружающей средой, диссипация и шум работают рука об руку, разрушая временной порядок", - говорит инженер Хоссейн Тахери из Калифорнийского университета в Риверсайде.

"В нашей фотонной платформе система достигает баланса между усилением и потерей, создавая и сохраняя кристаллы времени".

Кристаллы времени, иногда называемые также кристаллами пространства-времени, существование которых было подтверждено лишь несколько лет назад, столь же увлекательны, как и их название. Они представляют собой фазу материи, которая очень похожа на обычные кристаллы, с одним очень важным дополнительным свойством.

В обычных кристаллах составляющие их атомы расположены в фиксированной трехмерной решетчатой структуре - хорошим примером является атомная решетка алмаза или кварца. Эти повторяющиеся решетки могут отличаться по конфигурации, но в пределах данного образования они не очень сильно перемещаются, они повторяются только пространственно.

Во временных кристаллах атомы ведут себя несколько иначе. Они колеблются, вращаясь сначала в одном, а затем в другом направлении. Эти колебания - их называют "тиканьем" - фиксируются на регулярной и определенной частоте. Если структура обычных кристаллов повторяется в пространстве, то в кристаллах времени она повторяется в пространстве и времени.

Для изучения кристаллов времени ученые часто используют конденсаты Бозе-Эйнштейна магнонных квазичастиц. Они должны храниться при чрезвычайно низких температурах, очень близких к абсолютному нулю. Для этого требуется очень специализированное, сложное лабораторное оборудование.

В своем новом исследовании Тахери и его команда создали временной кристалл без переохлаждения. Их кристаллы времени представляли собой полностью оптические квантовые системы, созданные при комнатной температуре. Сначала они взяли крошечный микрорезонатор - диск из стекла фторида магния диаметром всего один миллиметр. Затем они бомбардировали этот оптический микрорезонатор лучами двух лазеров.

Самосохраняющиеся субгармонические всплески (солитоны), возникающие на частотах, генерируемых двумя лазерными лучами, указывали на создание кристаллов времени. Система создает вращающуюся решетку-ловушку для оптических солитонов, которые затем проявляют периодичность.

Чтобы сохранить целостность системы при комнатной температуре, команда использовала самоинжекционную блокировку, технику, которая обеспечивает поддержание определенной оптической частоты на выходе лазера. Это означает, что система может быть перенесена из лаборатории и использована для полевых применений, говорят исследователи.

Помимо потенциальных будущих исследований свойств кристаллов времени, таких как фазовые переходы и взаимодействие кристаллов времени, система может быть использована для новых измерений самого времени. Кристаллы времени могут быть даже интегрированы в квантовые компьютеры.

"Мы надеемся, что эта фотонная система может быть использована в компактных и легких радиочастотных источниках с превосходной стабильностью, а также в точном измерении времени", - говорит Тахери.

Исследование группы было опубликовано в журнале Nature Communications.