Los físicos confirman la existencia de cristales de tiempo en una simulación por computadora cuántica épica

¿Está buscando una laguna en las leyes que prohíben el movimiento perpetuo? Saber que tienes un auténtico cristal de tiempo requiere más que un buen ojo para las gemas de alta calidad.

En un nuevo estudio, un equipo internacional de investigadores utilizó el hardware de computación cuántica Sycamore de Google para verificar su visión teórica de un cristal de tiempo, lo que confirma que cumple todos los requisitos para una forma emergente de tecnología que todavía estamos entendiendo.

Similar a los cristales convencionales hechos de unidades de átomos que se repiten sin cesar, un cristal de tiempo es un cambio que se repite infinitamente en un sistema, uno que notablemente no requiere energía para entrar o salir.

Aunque tal cosa se acerca a romper ciertas leyes de la termodinámica, el hecho de que la entropía del sistema no aumente significa que debería ubicarse en el lado correcto de la física.

En realidad, tal cristal podría parecer una oscilación de algún tipo que no se sincroniza con el resto de los ritmos del sistema. Un láser que golpea constantemente su cristal de tiempo, por ejemplo, puede hacer que los giros de sus partículas se muevan solo con cada dos toques.

Este volteo recalcitrante es un comportamiento característico de los cristales de tiempo y se ha utilizado como evidencia para el diseño y la producción de cristales de tiempo en experimentos anteriores.

Pero la gran complejidad de una gran cantidad de objetos cuánticos que interactúan, todos balanceándose a su propio ritmo, deja cierto margen de maniobra para explicaciones que no necesariamente dependen de las mismas reglas que sustentan la física del cristal de tiempo.

Entonces, aunque es poco probable, no podemos descartar que un sistema que inicialmente parece un cristal de tiempo pueda en realidad calentarse durante eones y eventualmente caer en desorden.

Podrías simplemente sentarte y ver tu cristal zumbar hasta la eventual muerte por calor del Universo, por supuesto. O puede dejar que una computadora cuántica realice el trabajo por usted.

“El panorama general es que estamos tomando los dispositivos que están destinados a ser las computadoras cuánticas del futuro y pensamos en ellos como sistemas cuánticos complejos por derecho propio”. dice Matteo Ippoliti, físico de la Universidad de Stanford.

“En lugar de computación, estamos poniendo la computadora a trabajar como una nueva plataforma experimental para realizar y detectar nuevas fases de la materia”.

El lugar de partida para este cristal de tiempo en particular fue sorprendentemente involuntario, surgiendo del trabajo realizado por el físico teórico de Stanford Vedika Khemani sobre la física del desequilibrio.

Estamos íntimamente familiarizados con las consecuencias de este tipo de física en la vida cotidiana. Deje su taza de café caliente en el banco durante media hora y descubrirá lo rápido que se disipa su energía térmica cuando se desequilibra con su entorno.

Khemani y sus colegas estaban más interesados ​​en el desequilibrio de energía en el nivel mucho menos intuitivo de la física cuántica.

Fue solo cuando un revisor de la investigación de Khemani llamó su atención a las similitudes entre su propio trabajo y los cristales de tiempo, se centró en este nuevo y emocionante campo de la física.

“Los cristales de tiempo son un ejemplo sorprendente de un nuevo tipo de fase cuántica de la materia que no está en equilibrio”. dice Khemani.

“Si bien gran parte de nuestra comprensión de la física de la materia condensada se basa en sistemas de equilibrio, estos nuevos dispositivos cuánticos nos brindan una ventana fascinante hacia nuevos regímenes de no equilibrio en la física de muchos cuerpos”.

Modelar su cristal de tiempo con la tecnología cuántica de Google permitió al equipo buscar signos de repetición infinita en solo unos pocos cientos de impulsos de un pulso láser. También podrían ejecutar la simulación al revés y escalar su tamaño.

“Básicamente, nos dijo cómo corregir sus propios errores, de modo que la huella digital del comportamiento cristalino en el tiempo ideal pudiera determinarse a partir de observaciones en tiempo finito”. dice Roderich Moessner, físico teórico del Instituto Max Planck de Física de Sistemas Complejos en Alemania.

Tener formas de modelar cristales de tiempo real con la confianza de que representan una fase verdaderamente única de la materia podría ser invaluable para sondear las locas complejidades de la física cuántica que no está en equilibrio.

Los cristales de tiempo prometen ser una ventana a las nuevas formas en que operan una amplia gama de sistemas complejos, proporcionando información no solo sobre los espacios cuánticos, sino también sobre sistemas tan complejos como nuestro propio cerebro.

Un día, muchos científicos de diversos campos estarán en el mercado por un cristal de tiempo. Ahora hay menos posibilidades de que los estafen.

Esta investigación fue publicada en Naturaleza.

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