La existencia de cristales de tiempo, un estado de la materia particularmente fascinante, sólo se confirmó hace unos pocos años, pero los físicos ya han logrado un avance bastante importante: han inducido y observado una interacción entre dos cristales de tiempo.
En un superfluido de helio-3, dos cristales de tiempo intercambiaban cuasipartículas sin alterar su coherencia; un logro que, dicen los investigadores, abre posibilidades para campos emergentes como el procesamiento de información cuántica, donde la coherencia es de vital importancia.
“Controlar la interacción de dos cristales de tiempo es un logro importante. Antes de esto, nadie había observado dos cristales de tiempo en el mismo sistema, y mucho menos los había visto interactuar”, dijo el físico y autor principal Samuli Autti de la Universidad de Lancaster en el Reino Unido. “Las interacciones controladas son el elemento número uno en la lista de deseos de cualquiera que busque aprovechar un cristal de tiempo para aplicaciones prácticas, como el procesamiento de información cuántica”.
Los cristales de tiempo son bastante fascinantes. Se ven como cristales normales, pero tienen una propiedad peculiar adicional.
En los cristales regulares, los átomos están dispuestos en una estructura de rejilla tridimensional fija, como la red atómica de un diamante o cristal de cuarzo. Estas celosías repetidas pueden diferir en configuración, pero no se mueven mucho: solo se repiten espacialmente.
En los cristales de tiempo, los átomos se comportan de manera un poco diferente. Oscilan, girando primero en una dirección y luego en la otra. Estas oscilaciones, denominadas “tic-tac”, están bloqueadas en una frecuencia regular y particular. Entonces, donde la estructura de los cristales regulares se repite en el espacio, en el tiempo los cristales se repite en el espacio y el tiempo.
Teóricamente, los cristales de tiempo marcan en su estado de energía más bajo posible, conocido como estado fundamental, y por lo tanto son estables y coherentes durante largos períodos de tiempo. Esto podría aprovecharse, pero solo si se pudiera preservar su coherencia en una interacción controlada.
Entonces, Autti y sus colegas del Reino Unido y Finlandia organizaron una cita de juego de cristal en el tiempo. Primero, enfriaron helio-3, un isótopo estable de helio con dos protones pero solo un neutrón, hasta una diezmilésima de grado del cero absoluto, creando un superfluido de fase B, un fluido de viscosidad cero con baja presión.
En este medio, los dos cristales de tiempo emergieron como condensados de Bose-Einstein de cuasipartículas magnon espacialmente distintos. Los magnones no son partículas verdaderas, sino que consisten en una excitación colectiva del giro de los electrones, como una onda que se propaga a través de una red de espines.
Cuando los físicos permitieron que los dos cristales de tiempo se tocaran, intercambiaron magnones, lo que cambió la oscilación a la fase opuesta sin sacrificar la coherencia.
Los resultados fueron consistentes con un fenómeno de superconductividad conocido como efecto Josephson, en el que una corriente fluye entre dos piezas de material superconductor separadas por un aislante delgado conocido como la unión de Josephson. Estas estructuras son una de las varias que se están explorando para la construcción de qubits, las unidades base de información en una computadora cuántica.
Es solo una interacción muy simple, pero abre la puerta para intentar crear y controlar otras mucho más sofisticadas.
“Nuestros resultados demuestran que los cristales de tiempo obedecen a la dinámica general de la mecánica cuántica y ofrecen una base para investigar más a fondo las propiedades fundamentales de estas fases, abriendo vías para posibles aplicaciones en campos en desarrollo, como el procesamiento de información cuántica”, escribieron los investigadores en su artículo. “Los sistemas cuánticos coherentes de larga duración con interacciones ajustables, como los cristales de tiempo robustos estudiados aquí, proporcionan una plataforma para construir dispositivos cuánticos novedosos basados en fenómenos de espín coherente”.
Este artículo es una traducción de otro publicado en Science Alert. Puedes leer el texto original haciendo clic aquí.
