Тайны кристаллов времени

                Что такое - кристаллы времени?

     Кристаллы времени - это системы атомов, которые располагаются во времени так же, как более традиционные твердые тела кристаллизуются в пространстве. Нашему мозгу не просто понять, что это означает, но мы попробуем понять.
Кристаллы времени периодически меняют свое строение в повторяющемся цикле, при этом им не нужна никакая энергия — в отличие от того же льда или, например, от настенных часов. Их стрелка движется с определенной периодичностью, но стоит кончиться заряду батарейки — часы остановятся. Или даже лучше представить пружину, к которой подвесили груз. Достаточно натянуть ее и отпустить, чтобы пружина сжималась и растягивалась с определенной периодичностью. Однако эти колебания затрачивают энергию, и со временем пружина с грузом остановится.
Кристаллы времени нарушают правило, согласно которому стабильный объект остается неизменным на протяжении всего времени, находясь в тепловом равновесии — в той стадии самой низкой энергии (например, в фазе льда), которая допустима температурой окружающей среды. Кристаллы времени оказываются одновременно стабильными и постоянно изменяются с определенным интервалом, затем возвращаясь в изначальное состояние, — и так по кругу. Это словно кубик льда в воде, который в первые пять минут таял, а затем снова формировался и приобретал изначальную форму.

     В 2012 году лауреат Нобелевской премии по физике Фрэнк Вильчек предположил существование нового типа кристалла. Так как большинство кристаллов имеют повторяющуюся в двух или трех измерениях структуру, Вильчек представил иную концепцию кристалла, структура которого воспроизводится четырежды: три из них соответствуют измерениям пространства, а четвертое — измерению времени.

     Если вы думаете о кристаллах в пространстве, то вполне естественно также подумать о классификации поведения кристаллов во времени, – говорил он тогда.
Так как новой структуре требовалось название, Вильчек обозначил ее «кристаллом времени». И эта история, вероятно, так бы и осталась гипотетической, если бы в 2018 году ученые не поняли, как эти необычные структуры можно синтезировать в лабораторных условиях. Сегодня физики считают, что кристаллы времени могут формироваться в естественной среде, а сам процесс намного проще, чем предполагали большинство исследователей.
Сразу две лаборатории в США, а вслед за ними еще две в Европе и одна в Израиле сообщили о создании в лабораторных условиях кристаллов времени - новой формы материи, состояние, поведение и возможности которой проще всего характеризуется в знакомых нам категориям магии.

    Команда Йельского университета, открывшая кристаллы времени, почти случайно и совершенно неожиданно обнаружила их в кристаллах моноаммонийфосфата (MAP). Эти кристаллы очень легко выращивать, и их часто включают в наборы для выращивания кристаллов для детей.
Это открытие кристаллов времени в простом и совершенно неожиданном месте поднимает фундаментальные вопросы о том, как формируются кристаллы времени и какие состояния материи могут существовать во времени в существующей наблюдаемой материи в пространстве. Широта и разнообразие фаз материи во Вселенной, по-видимому, даже больше, чем мы предполагали ранее.

   Вырастив кристалл времени, ученые по сути вырастили материю в ее неожиданной форме - существование которой теоретически предполагалось, а теперь реализовалось. Новая материя, заключенная в структуру кристаллической решетки, является пограничной, переходной формой материи - между собственно материей, временем и волной. Эти свойства материи невозможно наблюдать традиционными пятью чувствами, но они шокирующе очевидны при измерении с помощью инструментов, способных воспринимать атомные колебания.
Добавляя лазерные или микроволновые импульсы к кажущимся твердым объектам, ученые могут обнаружить эти постоянные колебания в атомной материи по всей Вселенной, а некоторые формы временных кристаллов, выращенных в лабораториях, могут просто перевернуть все в науке, технологии, коммуникациях, компьютерах и др. По мере того, как мы приближаемся к ограничению количества транзисторов, которые можно физически включить в микрочип, временные кристаллы могут стать решением, открывающим радикально новые методы вычислений и коммуникаций.

    Многие учёные  называют временные кристаллы удачей для человечества, так как их можно использовать в практических целях, например, при создании сверхточных атомных часов, гироскопов и других устройств. А еще они представляют мощнейший потенциал для развития квантовых компьютеров.
Таким образом, кристалл времени – это новая категория фаз материи, расширяющая определение того, что такое «фаза». Все другие известные фазы, такие как вода или лед, находятся в тепловом равновесии: составляющие их атомы перешли в состояние с наименьшей энергией, допускаемой температурой окружающей среды, и их свойства не меняются со временем.
А вот кристалл времени — это первая фаза «выхода из равновесия»: он обладает порядком и совершенной стабильностью, несмотря на то, что находится в возбужденном и развивающемся состоянии.
Интересно и то, что кристаллы времени также являются первыми объектами, которые спонтанно нарушают «симметрию перемещения во времени» – обычное правило, согласно которому стабильный объект будет оставаться неизменным на протяжении всего времени. Временной кристалл одновременно стабилен но при этом постоянно меняется не поглощая никакой энергии.

Как ученые создали кристаллы времени

     В ходе нового исследования группа из более чем 100 ученых со всего мира работала вместе с командой Google Quantum AI (совместной инициативой Google, НАСА и некоммерческой ассоциации космических исследований университетов, цель которой – ускорить исследования в области квантовых вычислений и компьютерных наук). В статье ученые описывают создание специальной микроскопической установки, в которой временной кристалл окружен сверхпроводящими кубитами.
Квантовый компьютер находится внутри криостата, который представляет собой камеру переохлаждения с регулируемой температурой, которая поддерживает все материалы при правильной, чрезвычайно низкой температуре для продвинутых состояний, таких как сверхпроводящие или кристаллы Вильчека.
Возможно в самом ближайшем будущем будут созданы невероятно быстрые и мощные квантовые компьютеры

    Как пишет Quanta Mafgazine, если выводы исследователей подтвердятся, то это будет первая полностью успешная демонстрация кристалла времени. В целом же, неудивительно, что Google возглавляет движение в направлении мощных квантовых вычислений, ну а мы с вами будем ждать экспертной оценки и дальнейших исследований. Кто знает, может быть кристаллы времени и квантовые компьютеры и правда многое изменят.
Как можно применить кристаллы времени.
Темпоральные кристаллы должны сыграть важнейшую роль в создании квантовых компьютеров - настолько быстрых и мощных, что они смогут за считанные минуты решать задачи, на которые у современных процессоров ушли бы тысячелетия.   
   Собственно, и создан кристалл времени был внутри самого мощного на сегодняшний день квантового компьютера.

Эксперты называют это открытие настолько революционным, что "в полной мере осознать его важность мы пока еще даже не в состоянии".
Поскольку темпоральные кристаллы оказались невероятно устойчивыми к электромагнитному шуму (то есть любым воздействиям извне системы), им с большой вероятностью найдется применение при создании сверхточных часов и гироскопов.
Еще одна популярная версия состоит в том, что обнаружение столь уникальной формы материи приближает ученых к созданию запоминающих устройств для квантовых суперкомпьютеров.

    Однако пока любые версии применения темпоральных кристаллов на практике - не более чем предположения. Даже сами создатели кристалла не могут убедительно ответить на вопрос, где технология найдет свое практическое применение, и не исключают, что на это уйдут десятилетия.

Автор Ларин Алексей Владимирович. В более красивом виде эта и другие мои статьи опубликованы на моём личном сайте в  виде блога по интернет-адресу, который следует вводить в самой  верхней строке интернета: https://www.алексей-ларин.рф/