Sind Sie auf der Suche nach einem Schlupfloch in den Gesetzen, die das Perpetuum mobile verbieten? Zu wissen, dass Sie einen authentischen Zeitkristall besitzen, erfordert mehr als ein scharfes Auge für hochwertige Edelsteine.
In einer neuen Studie hat ein internationales Forscherteam die Quantencomputer-Hardware Sycamore von Google verwendet, um ihre theoretische Vision eines Zeitkristalls zu überprüfen und zu bestätigen, dass sie alle richtigen Kästchen für eine aufkommende Form von Technologie ankreuzt, über die wir uns immer noch Gedanken machen .
Ähnlich wie konventionelle Kristalle, die aus sich endlos wiederholenden Atomeinheiten bestehen, ist ein Zeitkristall eine sich unendlich wiederholende Veränderung in einem System, die bemerkenswerterweise keine Energie benötigt, um einzutreten oder zu verlassen.
Obwohl so etwas nahe daran ist, bestimmte Gesetze der Thermodynamik zu brechen, bedeutet die Tatsache, dass die Entropie des Systems nicht zunimmt, dass es auf der richtigen Seite der Physik stehen sollte.
In Wirklichkeit könnte ein solcher Kristall wie eine Schwingung aussehen, die sich nicht mit dem Rest der Rhythmen des Systems synchronisiert. Ein Laser, der zum Beispiel einen stetigen Schlag auf Ihren Zeitkristall auslöst, kann dazu führen, dass sich die Spins seiner Partikel nur bei jedem zweiten Tippen drehen.
Dieses widerspenstige Flip-Flop ist ein charakteristisches Zeitkristallverhalten und wurde in früheren Experimenten als Beweis für den Entwurf und die Herstellung von Zeitkristallen verwendet.
Aber die schiere Komplexität einer riesigen Anzahl von interagierenden Quantenobjekten, die alle in ihrem eigenen Rhythmus schwingen, lässt einen gewissen Spielraum für Erklärungen, die nicht unbedingt von denselben Regeln abhängen, die der Zeitkristallphysik zugrunde liegen.
Obwohl es unwahrscheinlich ist, können wir nicht ausschließen, dass ein System, das zunächst wie ein Zeitkristall aussieht, sich in der Realität im Laufe der Äonen erwärmen und schließlich in Unordnung geraten könnte.
Sie könnten einfach sitzen und zusehen, wie Ihr Kristall bis zum endgültigen Hitzetod des Universums vor sich hin summt. Oder Sie könnten einen Quantencomputer die Arbeit für Sie erledigen lassen.
„Das große Bild ist, dass wir die Geräte, die die Quantencomputer der Zukunft sein sollen, als eigenständige komplexe Quantensysteme betrachten“, sagt der Physiker Matteo Ippoliti von der Stanford University.
“Anstelle von Berechnungen setzen wir den Computer als neue experimentelle Plattform ein, um neue Phasen der Materie zu erkennen und zu erkennen.”
Der Ausgangspunkt für diesen besonderen Zeitkristall war überraschend unbeabsichtigt und ergab sich aus der Arbeit des theoretischen Physikers Vedika Khemani aus Stanford über Nichtgleichgewichtsphysik.
Wir kennen die Konsequenzen dieser Art von Physik im Alltag bestens. Lassen Sie Ihre heiße Tasse Kaffee eine halbe Stunde lang auf der Bank stehen, und Sie werden feststellen, wie schnell sich die Wärmeenergie verflüchtigt, wenn sie aus dem Gleichgewicht mit ihrer Umgebung gerät.
Khemani und ihre Kollegen interessierten sich mehr für das Ungleichgewicht der Energie auf der weit weniger intuitiven Ebene der Quantenphysik.
Erst als eine Gutachterin von Khemanis Forschung sie auf Ähnlichkeiten zwischen ihrer eigenen Arbeit und Zeitkristallen aufmerksam machte, richtete sie ihren Fokus auf dieses aufregende neue Gebiet der Physik.
„Zeitkristalle sind ein markantes Beispiel für eine neue Art von Nichtgleichgewichts-Quantenphasen der Materie“, sagt Khemani.
“Während ein Großteil unseres Verständnisses der Physik der kondensierten Materie auf Gleichgewichtssystemen basiert, bieten uns diese neuen Quantengeräte ein faszinierendes Fenster in neue Nichtgleichgewichtsregime in der Vielteilchenphysik.”
Die Modellierung ihres Zeitkristalls auf der Quantentechnologie von Google ermöglichte es dem Team, innerhalb von nur wenigen hundert Kicks eines Laserpulses nach Anzeichen für eine unendliche Wiederholung zu suchen. Sie könnten die Simulation auch rückwärts laufen lassen und ihre Größe skalieren.
„Es hat uns im Wesentlichen gesagt, wie man seine eigenen Fehler korrigiert, damit aus endlichen Zeitbeobachtungen der Fingerabdruck idealen zeitkristallinen Verhaltens ermittelt werden konnte“, sagt Roderich Moessner, theoretischer Physiker vom Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme in Deuschland.
Es könnte von unschätzbarem Wert sein, um die wahnsinnigen Komplexitäten der Nichtgleichgewichts-Quantenphysik zu untersuchen, um Kristalle in der aktuellen Zeit mit der Gewissheit zu modellieren, dass sie eine wirklich einzigartige Phase der Materie darstellen.
Zeitkristalle versprechen, ein Fenster in die neuartige Funktionsweise einer Vielzahl komplexer Systeme zu sein und Einblicke nicht nur in Quantenräume, sondern auch in Systeme, die so komplex sind wie unser eigenes Gehirn, zu ermöglichen.
Eines Tages werden viele Wissenschaftler aus verschiedenen Bereichen auf dem Markt für einen Zeitkristall sein. Jetzt ist die Wahrscheinlichkeit geringer, dass sie abgezockt werden.
Diese Studie wurde veröffentlicht in Natur.