О чем вы думаете когда слышите о кристаллах времени? Мне сходу представляется что-то наподобие тессеракта из мультивселенной Марвел либо еще одно сумасшедшее изобретение превосходного Рика из «Рик и Морти». Лишь представьте – загадочные кристаллы времени, способные перенести их носителя как в прошедшее, так и в будущее. Но, я, естественно, пересмотрела научной фантастики и в действительности кристаллы времени либо кристаллы Вильчека не способны перемещать кого-то либо что-либо во времени. И все таки, физики ими практически одержимы. Причина данной нам одержимости по сути ординарна: на самом деле, кристалл времени – это особенная фаза материи, которая повсевременно изменяется, но, похоже, не употребляет энергии. Лишь представьте, объект, части которого движутся в постоянном, циклическом цикле, поддерживает это неизменное изменение без сжигания какой-нибудь энергии. Совершенно. Кристаллы времени также являются первыми объектами, которые спонтанно нарушают «симметрию перемещения во времени» – обыденное правило, согласно которому размеренный объект будет оставаться постоянным в протяжении всего времени. Кристаллы времени сразу размеренны и повсевременно изменяются через определенные промежутки времени.

1

Кристалл времени – новенькая фаза материи, которую физики пробовали воплотить в течение почти всех лет

Что такое «кристаллы времени»?

В 2012 году лауреат Нобелевской премии по физике Фрэнк Вильчек представил существование новейшего типа кристалла. Потому что большая часть кристаллов имеют повторяющуюся в 2-ух либо 3-х измерениях структуру, Вильчек представил иную теорию кристалла, структура которого воспроизводится четырежды: три из их соответствуют измерениям места, а 4-ое — измерению времени.

Если вы думаете о кристаллах в пространстве, то полностью естественно также помыслить о систематизации поведения кристаллов во времени, – гласил он тогда.

Потому что новейшей структуре требовалось заглавие, Вильчек обозначил ее «кристаллом времени». И эта история, возможно, так бы и осталась гипотетичной, если б в 2018 году ученые не сообразили, как эти необыкновенные структуры можно синтезировать в лабораторных критериях. Сейчас физики считают, что кристаллы времени могут формироваться в естественной среде, а сам процесс намного проще, чем подразумевали большая часть исследователей.

Изображение и перевод – источник

По сути почти все именуют временные кристаллы фортуной для населения земли, потому что их можно применять в практических целях, к примеру, при разработке сверхточных атомных часов, гироскопов и остальных устройств. А еще они представляют мощный потенциал для развития квантовых компов.

Таковым образом, кристалл времени – это новенькая категория фаз материи, расширяющая определение того, что такое «фаза». Все остальные известные фазы, такие как вода либо лед, находятся в термическом равновесии: составляющие их атомы перебежали в состояние с меньшей энергией, допускаемой температурой окружающей среды, и их характеристики не изменяются с течением времени.

А вот кристалл времени — это 1-ая фаза «выхода из равновесия»: он обладает порядком и совершенной стабильностью, невзирая на то, что находится в возбужденном и развивающемся состоянии.

Кристаллы Вильчека дают совсем новейший взор на эти объекты

Любопытно и то, что кристаллы времени также являются первыми объектами, которые спонтанно нарушают «симметрию перемещения во времени» – обыденное правило, согласно которому размеренный объект будет оставаться постоянным в протяжении всего времени. Временной кристалл одновременно стабилен но при всем этом повсевременно изменяется не поглощая никакой энергии.

Мало квантовой механики

Разглядим алмаз – кристаллическую фазу скопления атомов углерода. Скопление управляется одними и теми же уравнениями всюду в пространстве, но оно воспринимает форму, которая имеет повторяющиеся пространственные конфигурации, с атомами, расположенными в точках сетки. Физики молвят, что таковым образом происходит «спонтанное нарушение симметрии переноса места» – лишь состояния равновесия с малой энергией спонтанно нарушают пространственную симметрию таковым образом.

При всем этом вначале предложенный Вильчеком временной кристалл очень различался, скажем, от стенных часов — объекта, который также подвергается повторяющемуся движению. Стрелки часов сжигают энергию и останавливаются, когда садится батарея. Кристалл времени Вильчека работает нескончаемо, так как система находится в собственном сверхстабильном сбалансированном состоянии.

Осознать что такое кристаллы времени трудно. Но физики обожают решать сложные задачки

Итак, давайте представим ряд частиц, любая из которых имеет магнитную ориентацию (спин), которая показывает ввысь, вниз либо с некой вероятностью в обоих направлениях. Сейчас представим, что 1-ые четыре вращения вначале ориентированы ввысь, вниз, вниз и ввысь. Спины будут квантово механически колебаться и стремительно выравниваться, если сумеют.

Но случайное взаимодействие меж ними может привести к тому, что ряд частиц застрянет в собственной определенной конфигурации, не в состоянии перестроиться либо установить термическое равновесие. Они будут указывать ввысь, вниз, вниз и ввысь нескончаемо.

Как не так давно нашли исследователи, локализованные системы со почти всеми телами могут показывать особенный порядок, который станет вторым главным компонентом кристалла времени: если перевернуть все вращения в системе (в нашем примере вниз, ввысь, ввысь и вниз), мы получим другое размеренное локализованное состояние со почти всеми телами. Наиболее того, не так давно исследователям удалось поместить кристаллы времени в квантовый комп.

Кристаллы времени и квантовые компы

Принципиально осознавать, что кристаллы времени, как и остальные квантовые явления, нарушают некие известные физические законы – а именно, 1-ый закон движения Исаака Ньютона. И если ученым вправду удалось поместить кристаллы Вильчека в квантовый комп – как указано в препринте научной работы – их открытие может поменять мир всего за одну ночь (то есть темное время суток).

Да-да, кристаллы времени способны в корне поменять правила игры для квантовых компов. В конце концов, они работают на самом принципиальном молекулярном и даже частичном уровне, извлекая выгоду из таковых мыслях, как прохождение электронов вокруг жестких материалов (практически, что такое электричество!), и, по-хорошему, представляют собой гигантскую делему для ученых.

Кристаллы времени и квантовые компы могут поменять мир

На наиболее практическом уровне есть методы, при помощи которых квантовые компы дают особенный доступ к идеям, с которыми классические электрические компы просто не могут совладать. Конкретно тут вступают в игру кристаллы времени – если следующая экспертная оценка покажет, что выводы создателей новейшего исследования является достоверными.

Электрические компы, подобные тому, на котором вы, может быть, читаете эту статью, употребляют логические элементы, которые врубаются и выключаются, потому все в вашем компе зависит лишь от 2-ух состояний: включено и выключено, светло и мрачно, 1 и 0, словом, вся двоичная система. Введение кубитов (квантовых битов, которые нередко представляют собой один атом элемента с кропотливо управляемым электроном) еще посильнее усложняет ситуацию, как за счет прибавления большего количества вероятных состояний (а не попросту вкл-выкл), так и за счет прибавления всей базы квантовой неопределенности.

Сейчас представьте, что число от 1 до 100 по сути является результатом чего-то вроде плана сотворения нескончаемого мотора. По сути есть тыщи, миллионы либо даже больше способностей. Заместо того чтоб пробовать «вынудить» двоичный комп делать работу неловким методом, квантовый комп мог бы посодействовать ученым наиболее естественно представить, что происходит.

Команда Google и еще 100 ученых из различных государств трудятся над созданием квантового компа

Конкретно тут кристаллы времени открывают море способностей, а не только лишь квантовые вычисления кубитов. Кристаллы времени размеренны, но пульсируют с увлекательными интервалами, что значит, что они могут посодействовать ученым учить такие вещи, как повторяющиеся закономерности либо случайные числа — с подобными последствиями в естественных науках и за их пределами.

Как ученые сделали кристаллы времени

В процессе новейшего исследования группа из наиболее чем 100 ученых со всего мира работала совместно с командой Google Quantum AI (совместной инициативой Google, НАСА (Национальное управление по воздухоплаванию и исследованию космического пространства – ведомство, принадлежащее федеральному правительству США) и некоммерческой ассоциации галлактических исследовательских работ институтов, цель которой – убыстрить исследования в области квантовых вычислений и компьютерных наук). В статье ученые описывают создание специальной микроскопичной установки, в какой временной кристалл окружен сверхпроводящими кубитами.

Может быть в самом ближнем будущем будут сделаны неописуемо резвые и массивные квантовые компы

Как пишет Quanta Mafgazine, если выводы исследователей подтвердятся, то это будет 1-ая стопроцентно удачная демонстрация кристалла времени. В целом же, логично, что Google возглавляет движение в направлении массивных квантовых вычислений, ну а мы с вами будем ожидать экспертной оценки и последующих исследовательских работ. Кто понимает, быть может кристаллы времени и квантовые компы и правда почти все изменят.

Источник