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Cristal do tempo pode existir sem qualquer força externa

Rachel Berkowitz - APS - 13/12/2019

Cristal do tempo pode existir sem qualquer força externa
Em teoria, um cristal do tempo pode existir indefinidamente.
[Imagem: Cortesia Nature/Peter Crowther]

Cristal do tempo

Físicos descobriram que um cristal do tempo discreto e autônomo pode não estar tão longe da realidade quanto muitos supunham.

Nos cristais convencionais, um arranjo altamente ordenado de átomos ou moléculas se repete periodicamente no espaço, não sendo afetado por perturbações externas.

Em 2012, o físico teórico Frank Wilczek, ganhador do Prêmio Nobel de Física de 2004, imaginou essa ordem estendida para a quarta dimensão, criando um sistema que se move periodicamente no tempo, em um ritmo definido internamente. Pelos cálculos de Wilczek, esse cristal do tempo poderia sobreviver até ao fim do Universo.

E os cristais do tempo tornaram-se realidade poucos anos depois. Mas até agora, esses sistemas quânticos exigiram algum impulso externo para funcionar, como um laser.

Agora, Valerii Kozin, da Universidade da Islândia, e Oleksandr Kyriienko, da Universidade de Exeter, no Reino Unido, descobriram como criar um cristal do tempo completamente isolado do meio ambiente. Um sistema assim, fechado e estável, poderá ser usado como ferramenta de medição de precisão ou para armazenamento quântico de informações por tempo indeterminado.

Cristal do tempo discreto e independente

Os físicos experimentalistas construíram os primeiros cristais do tempo em sistemas de íons presos e impurezas incrustadas em diamante. Nessas experiências, um pulso de laser inicia oscilações nos spins das partículas. Esse movimento se estabiliza em um período duas vezes superior ao do chute inicial - uma assinatura do chamado cristal do tempo discreto.

Na ausência do laser ou de outra força motriz externa, no entanto, restrições termodinâmicas implicam que esses cristais de tempo não possam existir.

Kozin e Kyriienko mostraram agora que essas restrições podem ser contornadas.

Eles modelaram uma coleção de partículas cujos spins interagem por longas distâncias, fazendo com que o estado quântico de uma partícula espelhe o de outra partícula removida para um local distante.

Os pesquisadores descobriram que, se todas as partículas começarem em uma superposição de estados "todos os spins para cima" ou "todos os spins para baixo", o sistema deve se comportar como um cristal do tempo que mostre resiliência às perturbações locais e permaneça estável a zero kelvin.

A dupla sugere que essa previsão pode ser testada experimentalmente em um sistema de qubits interagindo entre si, como íons aprisionados, com os quais é possível realizar operações de múltiplos spins.

Bibliografia:

Artigo: Quantum Time Crystals from Hamiltonians with Long-Range Interactions
Autores: Valerii K. Kozin, Oleksandr Kyriienko
Revista: Physical Review Letters
Vol.: 123, 210602
DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.210602

Artigo: Observation of a discrete time crystal
Autores: J. Zhang, P. W. Hess, A. Kyprianidis, P. Becker, A. Lee, J. Smith, G. Pagano, I.-D. Potirniche, A. C. Potter, A. Vishwanath, N. Y. Yao, C. Monroe
Revista: Nature Physics
Vol.: 543, pages 217-220
DOI: 10.1038/nature21413






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