Mimo iż kryształy czasu brzmią, jakby zostały rodem wyciągnięte z powieści science fiction, naukowcy pracują nad nimi od dawna. Ta dziwaczna faza materii jest coraz bardziej realna, zwłaszcza teraz, gdy dzięki komputerowi kwantowemu Google – Sycamore – kryształy czasu udało się stworzyć. Przełomowe badania opublikowano w Nature.
Egzotyczne kryształy czasu
Klasyczne kryształy cechuje wysoce uporządkowana struktura atomów o powtarzającym się wzorze (tzw. sieć krystaliczna). Skoro widzimy kryształy zbudowane z atomów powtarzających się w przestrzeni, możliwa powinna być także obserwacja struktur powtarzających się w czasie. Ich istnienie zaproponował w 2012 r. laureat Nagrody Nobla – Frank Wilczek. Do 2016 r. tzw. kryształów czasu (zwanych zamiennie kryształami czasowymi) nie udawało się uzyskać w warunkach laboratoryjnych. W końcu uczonym z UC Berkeley to się udało, dzięki czemu możliwe były obserwacje interakcji, w jakie wchodzą ze sobą kryształy czasu.
Czytaj też: Kryształy czasu coraz bliżej. Mamy przełom w komputerach kwantowych? Nie tak szybko
W krysztale czasu atomy wykazują wzór powtarzający się okresowo, np. spiny obracające się w górę i w dół o przewidywalnej częstotliwości – jak tykanie zegara. Obliczenia wykazują, że w warunkach idealnych układ atomów może powtarzać się w czasie bez końca.
Przykład z życia to wprawiona w ruch karuzela, która bez działania zewnętrznej siły, w końcu się zatrzyma. W przypadku kryształów czasu ruch ten nie ustaje – taka niezwykła karuzela kręciłaby się bez końca. Może to brzmieć jak paradoks, nawiązujący do koncepcji perpetuum mobile, ale technicznie jest możliwy. Kryształy czasu nie łamią praw termodynamiki. Energia jest zachowana w systemie jako całość, a jego entropia (stopień nieuporządkowania) nie zmniejsza się, a pozostaje stała.
Komputer kwantowy wprawił kryształ w ruch
Naukowcy z Uniwersytetu Stanforda zademonstrowali kryształ czasu w procesorze kwantowym Google – Sycamore. Aby rozpocząć “tykanie” i zainicjować kryształ czasu, konieczne było zniszczenie 20 kubitów. Stworzony w ten sposób kryształ czasu wykazał stał lokalizacji wielociałowej.
W przeprowadzonym eksperymencie naukowcy obserwowali stabilność kryształów czasu tylko przez kilkaset cykli, więc do ideału jeszcze im daleko. Według wstępnych ustaleń, trwałość kryształów czasu da się jeszcze bardziej wydłużyć i to za pomocą symulacji tego samego komputera kwantowego.
Udało nam się wykorzystać wszechstronność komputera kwantowego, aby pomóc przeanalizować jego własne ograniczenia. Zasadniczo powiedział nam, jak skorygować własne błędy, aby można było ustalić odcisk palca idealnego zachowania krystalicznego w czasie na podstawie obserwacji w skończonym czasie.Roderich Moessner, współautor badania