Vědci poprvé dokázali propojit časový krystal s vnějším světem

Tento experiment dokazuje, že časové krystaly mohou interagovat s vnějším světem, aniž by se rozpadly, což otevírá nové možnosti pro jejich využití v kvantových čipech nebo pokročilých komunikačních systémech.

Poprvé se kvantové fyzice podařilo dosáhnout toho, co se donedávna zdálo nemožné: časový krystal interagoval s vnějším světem, aniž by se rozpadl. Tento úspěch znamená novou éru ve studiu kvantové hmoty a přibližuje vědce k možnosti vytvoření reálných zařízení, která lze použít mimo laboratoř.

Krystal času je exotický stav hmoty, který opakuje svou strukturu v čase, podobně jako tradiční krystal v prostoru. Místo toho, aby zůstal statický, neustále a systematicky kmitá, aniž by spotřebovával energii.

Je důležité poznamenat, že dosud mohly tyto systémy existovat pouze v extrémně kontrolovaných podmínkách, zcela izolovaných od okolního prostředí, aby nedošlo k narušení jejich křehké rovnováhy, uvedla skupina vědců z Univerzity Aalto, která zveřejnila své údaje v časopise Nature .

To dokazuje možnost připojení časového krystalu k reálnému fyzickému prostředí bez ztráty jeho stability. Poprvé se taková kvantová soustava úspěšně „spojila“ s vnějším světem, což je významný krok na cestě k praktickému využití v senzorech a kvantových technologiích budoucnosti.

Co znamená spojit časový krystal s vnějším světem?

V průběhu experimentu bylo dosaženo dosud nevídaného výsledku: časový krystal reagoval na vnější vlivy, aniž by se zničil. Vědci použili magnony – magnetické excitace, které fungují jako kvazčástice – v supertekutém helia – materiálu, který si zachovává své kvantové vlastnosti při extrémně nízkých teplotách.

Vnitřní kmitání krystalu bylo spojeno s vlnami na povrchu kapaliny, což umožnilo pozorovat vzájemný vliv obou systémů. Toto chování je podobné optomechanice – disciplíně, která studuje interakci kvantových systémů s fyzickými objekty, jako jsou zrcadla nebo membrány, bez ztráty koherence.

V tomto případě byla interakce dostatečně stabilní, aby prokázala, že krystaly času mohou zůstat aktivní i při kontaktu s okolním prostředím . Týmu Aalto se podařilo modulovat frekvenci krystalu času a vyvolat vibrace kapaliny, ve které se nacházel.

Tento vliv vyvolal malé, zjistitelné změny ve spektru, což je nepochybným znakem existence spojení mezi oběma systémy. Stojí za zmínku, že toto spojení bylo nejen úspěšně navázáno, ale také bylo možné jej kontrolovat. Výzkumníkům se tak poprvé podařilo změnit chování krystalu, aniž by změnili jeho časovou strukturu.

V konečném důsledku se jedná o obrovský pokrok, protože demonstruje možnost měření reakce na vnější podněty bez poškození krystalu, což otevírá možnost jeho použití jako mimořádně citlivého kvantového senzoru nebo jako prvku propojení mezi fyzikálními a kvantovými systémy.

Velmi důležitý průlom pro vědu

Ještě před několika lety byly časové krystaly čistě teoretickým konceptem, ale tento experiment ukazuje, že mohou mít praktické využití i mimo laboratoř. Finská skupina potvrdila, že kvantová hmota může interagovat s fyzickým prostředím, aniž by ztratila svou stabilitu.

Podle studie tato možnost potvrzuje možnost použití časových krystalů jako základu pro vývoj superpřesných senzorů, kvantových procesorů a dokonce i komunikačních systémů, ve kterých informace zůstávají stabilní po delší dobu. Jinými slovy, výzkum přibližuje kvantovou fyziku k užitečnějšímu oblasti použití.

Dalším krokem bude rozšíření podobných vazeb na jiná prostředí, jako jsou elektronické obvody nebo optické systémy. Myšlenka spočívá v integraci časových krystalů do zařízení, která jsou schopna autonomně fungovat ve vnějším světě pro praktické účely.

Tento průlom může urychlit vývoj kvantových technologií pro použití v medicíně, telekomunikacích a metrologii . Klíčovým úkolem však zůstává naučit se kombinovat kvantovou přesnost se stabilitou fyzického světa, aniž by se ztratila podstata jednoho nebo druhého.

Objev vědců z finské univerzity Aalto představuje zlomový okamžik v kvantovém výzkumu. Připojením časového krystalu k vnějšímu světu prokázali, že hranice mezi kvantovou a klasickou fyzikou se začíná stírat.

Pokud se vědcům podaří tuto interakci zdokonalit, mohou časové krystaly hrát klíčovou roli v příští generaci senzorů, počítačů a kvantových komunikačních systémů.