Κβαντικοί χρονοκρύσταλλοι: Ερευνητές δημιούργησαν μια νέα κατάσταση της ύλης

Η Κβαντική Φυσική ανέκαθεν προκαλούσε την κατανόηση που έχουμε για την πραγματικότητα, αλλά μια νέα ανακάλυψη σπρώχνει τα όρια ακόμη περισσότερο. Ερευνητές του Πανεπιστημίου της Ουάσινγκτον στο Σεντ Λούις δημιούργησαν μια νέα φάση της ύλης, γνωστή ως κβαντικό χρονοκρύσταλλο, μια προηγμένη εκδοχή των χρονοκρυστάλλων, οι οποίοι ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά το 2016.

Τα υλικά αυτά φαίνεται σχεδόν να αψηφούν τους νόμους της Φυσικής, παραμένοντας σε αέναη κίνηση χωρίς να καταναλώνουν ενέργεια. Η πρώτη εκδοχή αυτής της ανακάλυψης θα μπορούσε να έχει τεράστιες συνέπειες για την Κβαντική Πληροφορική, την ακριβή χρονομέτρηση και τις προηγμένες τεχνολογίες ανίχνευσης, ενώ οι κβαντικοί χρονοκρύσταλλοι θα μπορούσαν να το προχωρήσουν ακόμη περισσότερο.

Οι κβαντικοί χρονοκρύσταλλοι λειτουργούν παρόμοια με τους συμβατικούς κρυστάλλους όπως τα διαμάντια ή ο χαλαζίας, οι οποίοι έχουν ατομικές δομές που επαναλαμβάνονται στο χώρο. Η διαφορά είναι ότι οι κβαντικοί χρονοκρύσταλλοι επαναλαμβάνουν μοτίβα στο χρόνο. Αυτό σημαίνει ότι ταλαντώνονται σε σταθερές συχνότητες χωρίς να απαιτούν εξωτερική πηγή ενέργειας.

Θεωρητικά δεν σταματούν ποτέ να «χτυπούν», γεγονός που τους καθιστά ένα πιθανό παιχνίδι που αλλάζει τα δεδομένα για την κβαντική αποθήκευση και τη χρονομέτρηση. Η ομάδα του Πανεπιστημίου της Ουάσινγκτον προχώρησε ένα βήμα παραπέρα αναπτύσσοντας έναν ακόμη πιο πολύπλοκο κβαντικό χρονοκρύσταλλο.

Σε αντίθεση με τους συμβατικούς χρονοκρυστάλλους που ταλαντώνονται σε ένα προβλέψιμο μοτίβο, οι quasicrystals δονούνται σε πολλαπλές συχνότητες ταυτόχρονα, δημιουργώντας μια πιο πλούσια, πιο περίπλοκη δομή. Για να το πετύχουν αυτό, οι ερευνητές ενσωμάτωσαν ατομικά κενά σε διαμάντια και τα διέγειραν χρησιμοποιώντας παλμούς μικροκυμάτων.

Οι πιθανές εφαρμογές των κβαντικών χρονοκρυστάλλων είναι συναρπαστικές, ιδίως στην Κβαντική Πληροφορική. Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις στα κβαντικά συστήματα είναι η διατήρηση της συνοχής, καθώς η κβαντική πληροφορία τείνει να υποβαθμίζεται με την πάροδο του χρόνου λόγω εξωτερικών παρεμβολών.

Οι κβαντικοί χρονοκρύσταλλοι θα μπορούσαν να παρέχουν μακροπρόθεσμη κβαντική μνήμη, παρόμοια με τη λειτουργία της RAM στους κλασικούς υπολογιστές, αλλά χωρίς τους ίδιους ενεργειακούς περιορισμούς. Οι επιστήμονες πιστεύουν επίσης ότι οι κβαντικοί χρονοκρύσταλλοι θα μπορούσαν να φέρουν επανάσταση στην ακριβή χρονομέτρηση, προσφέροντας μια εναλλακτική λύση στους ταλαντωτές με βάση τον χαλαζία, οι οποίοι χάνουν σταδιακά την ακρίβειά τους.

Αν και η ανακάλυψη αυτή βρίσκεται ακόμη σε πρώιμο στάδιο, επιβεβαιώνει θεμελιώδεις κβαντικές θεωρίες, ενώ ανοίγει την πόρτα σε νέες δυνατότητες στην τεχνολογία των υπολογιστών και των αισθητήρων.

Αν οι ερευνητές βρουν έναν τρόπο να ελέγξουν και να κλιμακώσουν πλήρως αυτούς τους κβαντικούς χρονοκρυστάλλους, θα μπορούσαν να διαδραματίσουν καθοριστικό ρόλο στις κβαντικές τεχνολογίες επόμενης γενιάς.

[via]