物理学者は最初の「時間の結晶」の作成について話しました

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ビデオ: 【衝撃】物理学者が証明した「時間の定義」に世界が震えた! 2023, 2月
物理学者は最初の「時間の結晶」の作成について話しました
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Anonim
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メリーランド大学のクリストファー・モンローが率いるアメリカの物理学者は、いくつかの冷却された原子の非平衡系で最初の「時間の結晶」が作成されたことを報告しました。潜在的に、そのようなシステムは、量子情報のキャリアとして使用することも、超精密原子時計として機能することもできます。システムの説明はarXive.orgサーバーにプレプリントとして配置され、その内容はMIT TechnologyReviewによって要約されています。

物理学者は、通常の空間結晶との類推によって、時間に関連する結晶の概念について議論します。後者の際立った特徴は、特定の方向での厳格な秩序の遵守です。飽和溶液からの物質の結晶化について説明すると、すべての方向で特性が同じである液体の対称性の違反と、いくつかの制限された方向への対称性の低下について話すことができます。このような対称性の違反は、すでに時間内にありますが、仮想の時間結晶、つまり厳密に周期的なプロセスが発生するシステムについて話すことができます。

一時的な結晶の最も単純な類似物は理想的な振り子である可能性がありますが、振り子の動きは、たとえ最高のものであっても、エネルギーの損失のために必然的に消滅します。これが振り子だけでなく、すべての巨視的システムに当てはまることは明らかです。ただし、一部の物理学者は、周期的な動きをサポートし、同時に時間の経過とともに完全に安定するシステムは、微視的スケールで作成できると考えています。この場合、エネルギーの損失と増加は量子化によって制限されます。

タイムクリスタルの作成に熱心な人の1人は、2012年に2つの独創的な作品を捧げたノーベル賞受賞者のフランクウィルチェックです。彼らは、時間的に無制限の運動を観察できる仮想の量子システムと古典的なシステムについて話します(この運動からエネルギーを抽出することは基本的に不可能であるため、永久機関と混同しないでください)。しかし、これらのモデルは、最小のエネルギーで平衡系に時間結晶が存在することは不可能であると結論付けた他の物理学者によって批判されました。この場合の最小エネルギーは、一時的な結晶が存在する可能性にとって基本的に重要です。時間内に無制限の動きを保証するのは彼女です-システムが失うものが何もない場合、それは無限に長い間その基本的な状態に留まります。システムが不安定な場合、それは単に一時的な結晶ではありません。

新しい研究では、アメリカの物理学者は、最小エネルギーの要件を放棄し、別の方法でシステムの安定性を確保することを提案しています-いわゆるアンダーソン局在化と同様の効果を使用します。つまり、システムのコンポーネントの波動関数は、コンポーネント間の干渉によって厳密に局所化され、その結果、エネルギーがシステムを離れることができなくなります。新しい記事の著者は、そのようなシステムを「離散時間結晶」と呼んでいます。

技術的には、モンローグループによって作成されたシステムは、冷却されたトラップ内の基板上に配置されたイッテルビウム原子のリングです。それぞれの原子には独自のスピンがあり、そのためそれらはすべて互いに相互作用することができます。さらに、物理学者はいくつかの原子のスピンを変更し、レーザーでシステムに摂動を発生させることができます。ある原子のスピンの変化は別の原子のスピンの変化につながります。システムで振動が発生します。その周波数は通常、レーザーによって生成される外乱の周波数に依存します。

しかし、一時的な水晶の作成について話すことができる新しいシステムの重要な違いは、システムの自然振動の周波数がドライバーの駆動振動の周波数にまったく依存していなかったことです。 (つまり、レーザー)。著者の論理によれば、これは、システムが外部環境から十分に分離されており、時間的に無制限の定期的な変更をサポートしていることを示唆しています。言い換えれば、そのようなシステムは「タイムクリスタル」です。もちろん、十分に強い(しきい値を超える)外乱はそれを破壊する可能性がありますが、全体としては安定したままです。

孤立した高度に相関したシステムは、量子情報のキャリアとして非常に興味深いものです。事実、デコヒーレンス、つまりシステムの量子状態の崩壊は、量子通信と暗号化の主要な問題の1つです(これについては詳しく説明しました)。科学者が十分に信頼できる時間結晶を作成し、それらに情報を書き込む方法を学ぶことができれば、これは量子コンピューターの出現を大幅にスピードアップします。

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