Kwantowe przetwarzanie informacji? Brytyjscy badacze twierdzą, że to będzie możliwe

Kryształy czasu budzą duże zainteresowanie wśród badaczy od wielu lat. Bo choć do złudzenia przypominają zwykłe kryształy, to jednak posiadają zupełnie inną właściwość. Najnowsze badanie udowodniło, że atomy wewnątrz nich są bardziej zaawansowane niż sądziliśmy.

Kryształy czasu

W typowym krysztale atomy tworzą ustaloną, trójwymiarową strukturę siatki, podobną do struktury atomowej diamentu. Te powtarzające się siatki, choć różnią się konfiguracją nie przesuwają się – powtarzają się tylko w przestrzeni. Atomy wewnątrz kryształów czasu różnią się od zwykłych tym, że oscylują, wirując najpierw w jednym kierunku, a potem w przeciwnym. Te przesuwania nie są przypadkowe – wszystkie zachodzą w regularnych odstępach czasu.

Kryształy czasu od dawna budziły ciekawość fizyków. Teraz badaczom z Wielkiej Brytanii i Finlandii udało się odkryć kryształy, które dwukrotnie wymieniły kwazicząstki bez zakłócania ich spójności. Swoje badania opublikowali w magazynie „Nature Materials”.

– Kontrolowanie interakcji dwóch kryształów czasu jest dużym osiągnięciem. Wcześniej nikt nie zaobserwował dwóch kryształów czasu w tym samym układzie, nie mówiąc już o ich interakcji. Kontrolowane interakcje są numerem jeden na liście życzeń każdego, kto chce wykorzystać kryształ czasu do praktycznych zastosowań, takich jak kwantowe przetwarzanie informacji – wyjaśnił autor badań Samuli Autti, fizyk z brytyjskiego Uniwersytetu Lancaster.

Jak to się stało?

Samuli Autti wraz z grupa innych naukowców przeprowadził eksperyment, który polegał na schłodzeniu helul-3 do temperatury zera absolutnego (−273,15 °C = 0 K) z dokładnością do jednej dziesięciotysięcznej stopnia. W ten sposób naukowcy uzyskali nadciekły hel-3 – płyn o zerowej lepkości i niskim ciśnieniu.

Następnie w tej postaci dwa kryształy czasowe wyłoniły się jako przestrzennie odrębne kondensaty kwazicząstek magnonowych Bosego-Einsteina. Magnony są kwazicząsteczkami opisującymi elementarny kwant propagujących się wzbudzeń spinowych w krysztale. Kiedy natomiast te dwa kryształy czasu się zetknęły, doszło między nimi do wymiany magnonów. Proces zmienił oscylację na przeciwną fazę, bez utraty spójności.

• Nasze wyniki pokazują, że kryształy czasu są zgodne z ogólną dynamiką mechaniki kwantowej i stanowią podstawę do dalszych badań podstawowych właściwości tych faz, otwierając ścieżki dla możliwych zastosowań w rozwijających się dziedzinach, takich jak kwantowe przetwarzanie informacji – powiedzieli badacze.

– Długożyciowe spójne systemy kwantowe z dostrajalnymi interakcjami, takie jak badane tutaj kryształy czasowe, stanowią platformę do budowy nowych urządzeń kwantowych opartych na zjawiskach spójnych spinowo – dodali w magazynie „Nature Materials”.

Wykonany eksperyment daje nadzieję na kontrolowanie bardziej zaawansowanych interakcji między kryształami. Czy się uda? Czas pokaże. Wyniki najnowszych badań napawają jednak dużym optymizmem.

 

Opracowanie: Kamila Gulbicka
Źródło: focus.pl