時間結晶は「不可能」ですが、量子物理学の影響を受けます

新しい実験では、科学者は超流動の中に2つの時間結晶を作成し、それらを接触させます。

時間結晶は、その永久運動が物理法則に反しているように見えるため、長い間不可能であると考えられてきました。 ただし、量子物理学を使用する 科学者たちはタイムクリスタルを作成しただけでなく、将来的に有用なデバイスに電力を供給する可能性があることも示しています。

科学者たちは、物理法則をひねったように見える実験で、最初の2体の「タイムクリスタル」システムを作成しました。

これは、同じチームが最近、問題の新しいフェーズの最初の相互作用を目撃した後に発生します。

時間結晶は、終わりのない動きをする原子でできているため、長い間不可能であると信じられてきました。 本日（2022年6月2日）に雑誌に掲載された発見 ネイチャーコミュニケーションズは、時間結晶を作成できるだけでなく、それらを有用なデバイスに変えることができることを示しています。

時間結晶は、鉱物や岩石などの標準的な結晶とは異なります。これらの結晶は、空間内で規則的に繰り返されるパターンで配置された原子で構成されています。

2012年にノーベル賞受賞者のフランクウィルチェックによって最初に開発され、2016年に定義されたタイムクリスタルは、外部からの入力がなくても静止し、時間の経過とともに動きを繰り返すという独特の特性を示します。 それらの原子は常に振動、回転、または最初に一方向に移動し、次に他の方向に移動します。

研究者らは、この回転式冷蔵庫内で液体超流動ヘリウム3をほぼ絶対零度（摂氏マイナス273.15度）に冷却し、2回結晶を生成して、それらを手の届く範囲に保ちました。 画像クレジット：©Aalto University / Mikko Raskinen

ランカスター大学物理学部の主執筆者であるEPSRCフェローのDrSamuliOotyは、次のように説明しています。この亀裂は、タイムクリスタルを作ることができます。

「そもそもタイムクリスタルが存在していなくても、2つを組み合わせると美しく機能することがわかりました。そして、それらが室温でも存在することはすでにわかっています。」

「2レベルシステム」は、量子コンピューターの基本的な構成要素です。 時間結晶は、室温で動作する量子デバイスを構築するために使用できます。

ランカスター大学、ロイヤルホロウェイロンドン、ランダウインスティテュート、および アールト大学 ヘルシンキでは、1つの中性子が欠落しているヘリウムのまれな同位体であるヘリウム3を使用して時間結晶が観察されました。 実験はアールト大学で行われました。

彼らは超流動ヘリウム3を[{” attribute=””>absolute zero (0.0001K or -273.15°C). The researchers created two time crystals inside the superfluid, and brought them to touch. The scientists then watched the two time crystals interacting as described by quantum physics.

Reference: “Nonlinear two-level dynamics of quantum time crystals” 2 June 2022, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-022-30783-w