Dois cristais temporais foram interligados com sucesso pela primeira vez: WebCuriosos

Os físicos acabaram de dar um passo incrível em direção a dispositivos quânticos que parecem algo saído da ficção científica.

Pela primeira vez, grupos isolados de partículas que se comportam como estados bizarros da matéria, conhecidos como cristais do tempo, foram ligados num sistema único e em evolução que pode ser incrivelmente útil na computação quântica.

Após a primeira observação da interação entre dois cristais de tempo, detalhada num artigo há dois anos, este é o próximo passo para aproveitar potencialmente os cristais de tempo para fins práticos, como o processamento de informação quântica.

Os cristais do tempo, descobertos e confirmados oficialmente apenas há alguns anos, em 2016, já foram considerados fisicamente impossíveis. Eles são uma fase da matéria muito semelhante aos cristais normais, mas com uma propriedade adicional, peculiar e muito especial.

Em cristais regulares, os átomos estão dispostos em uma estrutura de grade tridimensional fixa, como a rede atômica de um diamante ou cristal de quartzo. Essas redes repetidas podem diferir em configuração, mas qualquer movimento que elas exibam vem exclusivamente de impulsos externos.

Nos cristais do tempo, os átomos se comportam de maneira um pouco diferente. Eles exibem padrões de movimento no tempo que não podem ser facilmente explicados por um empurrão ou empurrão externo. Estas oscilações – referidas como 'tique-taque' – são fixadas numa frequência regular e específica.

Teoricamente, os cristais do tempo atingem o seu estado de energia mais baixo possível – conhecido como estado fundamental – e são, portanto, estáveis ​​e coerentes durante longos períodos de tempo. Assim, onde a estrutura dos cristais regulares se repete no espaço, nos cristais do tempo ela se repete no espaço e no tempo, exibindo assim um movimento perpétuo do estado fundamental.

“Todo mundo sabe que máquinas de movimento perpétuo são impossíveis” diz o físico e autor principal Samuli Autti da Lancaster University, no Reino Unido.

“No entanto, na física quântica, o movimento perpétuo é aceitável, desde que mantenhamos os olhos fechados. Ao passarmos furtivamente por esta fenda, podemos criar cristais do tempo.”

Os cristais do tempo com os quais a equipe tem trabalhado consistem em quasipartículas chamadas magnons. Magnons não são partículas verdadeiras, mas consistem em uma excitação coletiva do spin dos elétrons, como uma onda que se propaga através de uma rede de spins.

Os magnons emergem quando o hélio-3 – um isótopo estável de hélio com dois prótons, mas apenas um nêutron – é resfriado até um décimo milésimo de grau do zero absoluto. Isso cria o que é chamado de superfluido de fase B, um fluido de viscosidade zero com baixa pressão.

Neste meio, os cristais do tempo formaram-se como condensados ​​​​de Bose-Einstein espacialmente distintos, cada um consistindo de um trilhão de quasipartículas magnon.

Um condensado de Bose-Einstein é formado a partir de bósons resfriados até apenas uma fração acima do zero absoluto (mas não atingindo o zero absoluto, ponto em que os átomos param de se mover).

Isso faz com que eles afundem em seu estado de energia mais baixa, movendo-se extremamente lentamente e aproximando-se o suficiente para se sobreporem, produzindo uma nuvem de átomos de alta densidade que atua como um “superátomo” ou onda de matéria.

Quando os dois cristais do tempo puderam se tocar, eles trocaram magnons. Essa troca influenciou a oscilação de cada um dos cristais do tempo, criando um sistema único com opção de funcionamento em dois estados discretos.

Na física quântica, os objetos que podem ter mais de um estado existem em uma mistura desses estados antes de serem determinados por uma medição clara. Então, tendo um cristal do tempo operando em um sistema de dois estados fornece novas opções ricas como base para tecnologias baseadas em quânticas.

Os cristais de tempo estão bem longe de serem implantados como qubits, pois há um número significativo de obstáculos a serem resolvidos primeiro. Mas as peças estão começando a se encaixar.

No início deste ano, uma equipe diferente de físicos anunciou que havia criado com sucesso cristais de tempo à temperatura ambiente que não precisam ser isolados do ambiente circundante.

Interações mais sofisticadas entre cristais de tempo e seu controle preciso precisarão ser mais desenvolvidos, assim como a observação de cristais de tempo interagindo sem a necessidade de superfluidos resfriados. Mas os cientistas estão otimistas.

“Acontece que juntar dois deles funciona perfeitamente, mesmo que os cristais do tempo não devessem existir em primeiro lugar,” Ajuda diz. “E já sabemos que eles também existem à temperatura ambiente”.

A pesquisa foi publicada em Comunicações da Natureza.