ثبت رکورد خیره‌کننده در مطالعه کریستال‌های زمانی

خلاصه خبر:

محققین دانشگاه TU Dortmund در یک دستاورد تاریخی، با ایجاد یک همگرایی بین فیزیک نظری و دستاوردهای تجربی، درک ما را از کریستال‌های زمانی به طور قابل توجهی افزایش دادند. کریستال زمانی فازی از ماده است که قوانین سنتی ترمودینامیک را به چالش می‌کشد و بدون ورودی انرژی در حالتی از حرکت دائمی حفظ می‌شود. این پیشرفت، تحت رهبری دکتر الکس گریلیش و تیم او، به ایجاد یک کریستال زمانی با طول عمر دست کم 40 دقیقه منجر شده است، رقمی که رکوردهای قبلی را چندین میلیون برابر ارتقا داده است. این کشف، که با استفاده نوآورانه از کریستال‌های ایندیوم گالیوم آرسناید و دستکاری اسپین‌های هسته‌ای ممکن شده، دستاوردی حیاتی در فهم پدیده‌های کوانتومی است و با ایجاد امکان دستکاری و کنترل سیستم‌های کوانتومی، منجر به کاربردهای پیشرفته‌تر محاسبات کوانتومی می‌شود.

توضیحات تکمیلی:

محققین دانشگاه TU Dortmund در یک دستاورد تاریخی، که به تازگی در Nature Physics منتشر شده، با ایجاد یک همگرایی بین فیزیک نظری و دستاوردهای تجربی، درک ما را از کریستال های زمانی به طور قابل توجهی افزایش دادند. کریستال زمانی فازی از ماده است که قوانین سنتی ترمودینامیک را به چالش می‌کشد و بدون ورودی انرژی در حالتی از حرکت دائمی حفظ می‌شود. 

این پیشرفت، تحت رهبری دکتر الکس گریلیش و تیم او، به ایجاد یک کریستال زمانی با طول عمر دست کم 40 دقیقه منجر شده است، رقمی که رکوردهای قبلی را ده میلیون برابر ارتقا داده است. این کشف، که با استفاده نوآورانه از کریستال‌های ایندیوم گالیوم آرسناید و دستکاری اسپین‌های هسته‌ای ممکن شده، دستاوردی حیاتی در فهم پدیده‌های کوانتومی است.

مفهوم کریستال‌های زمانی، که اولین بار توسط برنده جایزه نوبل، فرانک ویلچک، پیشنهاد شد، از گمانه‌زنی نظری به یک واقعیت ملموس تبدیل شده است. کریستال‌های زمانی که با قابلیت نمایش نوسانات دوره‌ای در حالت پایه خود مشخص می‌شوند، به طور اساسی تبدیل به ساختاری می‌شوند که بدون نیاز به انرژی 'تیک' می‌زند و انتظارات سنتی در مورد چگونگی رفتار ماده را نقض می‌کند.

این ویژگی آن‌ها را به موضوعی مهم برای کاربردهای احتمالی در محاسبات کوانتومی تبدیل می‌سازد، جایی که پایداری ذاتی آن‌ها می‌تواند منجر به پیشرفت‌هایی در نگهداری زمان (timekeeping)، ذخیره‌سازی اطلاعات، و سیستم‌های محاسباتی که فراتر از محدودیت‌های فناوری فعلی عمل می‌کنند، شود.

این کریستال زمانیِ انقلابی با استفاده از ویژگی‌های منحصربه‌فرد ایندیوم گالیوم آرسناید به دست آمده است، جایی که اسپین‌های هسته‌ای به عنوان یک مخزن عمل می‌کنند که از طریق تعامل با اسپین‌های الکترون، نوساناتی را به طور خودکار تولید می‌کنند. این سیستم نه تنها توانایی حفظ این نوسانات را برای حداقل 40 دقیقه - حدود 10 میلیون برابر طولانی‌تر از هر کریستال زمانی قبلی - نشان می‌دهد، بلکه پتانسیل باقی‌ماندن برای طول عمر‌های بیشتر را نیز دارد. 

کریستال‌های زمانی، با کاربردهای بالقوه‌ای از محاسبات کوانتومی گرفته تا زمان‌سنجی دقیق، می‌توانند نحوه تفکر ما در مورد زمان و فضا را متحول کنند. توانایی حفظ حالتی از نوسان مداوم بدون ورودی انرژی می‌تواند منجر به توسعه فناوری‌های کارآمدتر و ماندگارتر شود.

در حالی که جامعه علمی به کاوش در کاربردهای عملی کریستال‌های زمانی ادامه می‌دهد، این پیشرفت نمایانگر گام بزرگی به سوی بهره‌برداری از تمام پتانسیل آن‌ها است. در حالی که سفر از مفهوم نظری به کاربرد فناورانه هنوز در مراحل اولیه خود قرار دارد، کریستال زمانی ماندگار ایجاد شده توسط تیم TU Dortmund روح نوآوری را که فیزیک کوانتوم را به جلو می‌برد، به تصویر می‌کشد و آینده‌ای را نوید می‌دهد که در آن کریستال‌های زمانی دیگر تنها یک کنجکاوی علمی نیستند، بلکه سنگ بنای فناوری‌های جدید هستند.

منابع:

Greilich, A., Kopteva, N.E., Kamenskii, A.N. et al. Robust continuous time crystal in an electron–nuclear spin system. Nat. Phys. (2024). https://doi.org/10.1038/s41567-023-02351-6

https://www.newsweek.com/physicists-create-record-breaking-time-crystal-straight-out-science-fiction-1867934
https://scitechdaily.com/physicists-unlock-quantum-immortality-with-revolutionary-time-crystal