Kurze Bytes:Zum ersten Mal haben Physiker im Labor einen Zeitkristall geschaffen. Dieser Meilenstein wurde von Chris Monroe und anderen Forschern der University of Maryland im College Park erreicht. Zeitkristalle sind die hypothetischen Strukturen, die sich selbst im niedrigsten Energiezustand bewegen. Die Forscher glauben, dass sie eines Tages als Quantenspeicher verwendet werden könnten.

Sie wissen vielleicht, dass Kristalle sich wiederholende Muster bilden, die in einigen Richtungen gleich sind. Diese Symmetrie ist jedoch nicht in allen Richtungen zu sehen. Es ist irgendwie seltsam, da die Gesetze der Physik in allen Richtungen gleich sind.

Vor ungefähr vier Jahren schlugen Physiker Zeitkristalle vor - die hypothetischen Strukturen, die zeitlich symmetrisch angeordnet sind. Sie haben sogar in ihrem Grundzustand etwas Bewegung. Nun haben Chris Monroe und seine Kollegen, Physiker an der University of Maryland im College Park, zum ersten Mal einen Zeitkristall im Labor geschaffen.

Wie entsteht ein Zeitkristall?

Den Physikern ist es erstmals gelungen, einem Kristall eine vierte Dimension hinzuzufügen. Das Erstellen eines Zeitkristalls beginnt mit der Erstellung eines Quantensystems und dessen Abkühlung bis zum Erreichen des niedrigsten Energiezustands. In diesem Zustand sollte der Ring vollkommen stationär sein.

MIT Tech Review schreibt, dass, wenn die Zeitsymmetrie gebrochen wurde, der Ring periodisch variieren und rotieren könnte. Aufgrund der Verletzung der Energieerhaltung ist die Gewinnung von Energie aus dieser Bewegung nicht möglich. "Aber der zeitliche Symmetriebrecher würde sich in dieser sich wiederholenden Bewegung in der Zeit manifestieren, so wie sich der räumliche Symmetriebrecher als sich wiederholende Muster im Raum manifestiert", sagt Tech Review.

Im wirklichen Leben sind die Dinge jedoch komplexer. Da Quantenpartikel dazu neigen, sich von ihren Positionen im Raum zu entfernen, bleiben sie von zeitabhängigen Variablen unbeeinflusst. In einfacheren Sprachen entwickeln sie sich nicht mit der Zeit.

Munroe und andere Forscher konzentrierten sich daher auf die Situationen, in denen sich Quantensysteme im Laufe der Zeit nicht entwickeln, d. H. Die Quantensysteme, die sich nicht im Gleichgewicht befinden. Sie nahmen eine Linie Ytterbiumionen, deren Spins miteinander wechselwirken.

Diese Wechselwirkung zwang die Ionen, sich in einem bestimmten Raum zu lokalisieren und durch die Zeit zu beeinflussen. Mit einem Laser begannen die Forscher, die Spins bestimmter Ionen zu verändern. Das Umdrehen eines Ions veranlasste das nächste, umzukehren und so weiter. Dies setzte sich fort, bis jedes Ion ausgerichtet und oszillierend war.

Nach weiteren Untersuchungen stellte Monroe fest, dass die Interaktionen, nachdem sie das System weiterentwickelt hatten, doppelt so schnell waren wie im ursprünglichen Zeitraum. Da es in dieser Zeit keine treibende Kraft gab, ist die einzige Erklärung, dass die Zeitsymmetrie der Kristalle gebrochen sein muss, was zur Schaffung eines Zeitkristalls führt.

Im Zusammenhang mit den Anwendungen erwähnen Monroe und Freunde die Verwendung eines Zeitkristalls für Quanteninformationsaufgaben wie die Implementierung eines robusten Quantenspeichers.

Quelle: MIT Tech Review, Arxiv.org

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