Investigadores del Departamento de Física Aplicada de la Universidad de Aalto han conectado por primera vez un cristal del tiempo a otro sistema fuera de sí mismo.
El estudio describe cómo los investigadores convirtieron cristales de tiempo en sistemas optomecánicos que podrían usarse para desarrollar sensores y sistemas de memoria de alta precisión para computadoras cuánticas, aumentando considerablemente sus capacidades.
Jelle Mäkinen, quien dirigió el estudio, explicó: «El movimiento perpetuo es posible en el reino cuántico a menos que sea perturbado por entradas de energía externas, como las causadas por la observación.
«Por eso nunca antes se habían conectado los cristales del tiempo a un sistema externo. Pero lo hemos hecho y también hemos demostrado por primera vez que las propiedades de un cristal se pueden ajustar con este método».
Una breve historia de los cristales del tiempo.
Los brillantes grupos de cristales emiten un brillo iridiscente debido a su estructura atómica altamente regular. Frank Wilczek, premio Nobel de Física de 2012, propuso que los sistemas cuánticos podrían construirse de la misma manera, pero en el tiempo y no en el espacio.
Llamó a estos sistemas cristales de tiempo y los definió por el estado de energía más bajo posible, repitiendo el movimiento perpetuamente sin ningún aporte de energía externa.
Por lo tanto, se demostró experimentalmente la existencia de estos cristales en 2016.
Observar cambios de frecuencia en cristales de tiempo.
Los investigadores utilizaron ondas de radio para enviar magnones a un superfluido de helio-3 enfriado hasta casi el cero absoluto.
Cuando los investigadores detuvieron la bomba, los magnones formaron cristales de tiempo que permanecieron en movimiento durante un tiempo sin precedentes, durando hasta 108 ciclos, o varios minutos, antes de atenuarse hasta el punto en que los investigadores ya no pudieron observarlos.
Durante el proceso de desvanecimiento, el cristal se conectó a un oscilador mecánico cercano de una manera determinada por la frecuencia y amplitud del oscilador.
«Hemos demostrado que los cambios en la frecuencia de los cristales de tiempo son completamente análogos a los fenómenos optomecánicos ampliamente conocidos en física», dijo Mäkinen.
“Estos son los mismos fenómenos que se utilizan para detectar ondas gravitacionales, por ejemplo, en el Observatorio de Ondas Gravitacionales con Interferómetro Láser de EE. UU.
«Al reducir las pérdidas de energía y aumentar la frecuencia del oscilador mecánico, podemos optimizar la configuración para acercarnos a los límites del reino cuántico».
Impacto en la computación cuántica
Esta investigación muestra que los cristales de tiempo tienen el potencial de mejorar significativamente las capacidades de detección y computación cuántica.
«Los cristales de tiempo durarán órdenes de magnitud más que los sistemas cuánticos utilizados actualmente en la computación cuántica. El mejor de los casos es que los cristales de tiempo puedan alimentar y mejorar significativamente los sistemas de memoria de las computadoras cuánticas».
«También se pueden utilizar como peines de frecuencia, como referencias de frecuencia en dispositivos de medición muy sensibles».
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