To nie jest jakiś magiczny przedmiot z filmów science fiction, ale prawdziwa forma materii, która zachowuje się w niezwykły sposób. Kryształ czasoprzestrzenny to układ cząstek, który jest w stałym ruchu, nawet gdy jest w najniższym stanie energetycznym. Innymi słowy, to coś, co działa bez energii.

Brzmi niewiarygodnie, prawda? A jednak, naukowcy z Uniwersytetu Technicznego w Dortmundzie w Niemczech twierdzą, że stworzyli taki kryształ czasoprzestrzenny i udowodnili jego istnienie. To wielki krok naprzód w dziedzinie fizyki kwantowej i potencjalnie rewolucyjna technologia dla przyszłości.

Naukowcy z niemieckiego Uniwersytetu Technicznego w Dortmundzie poinformowali, że opracowali niezwykle wytrzymały kryształ czasoprzestrzenny (czasem nazywany też kryształem czasu). Ich badanie opublikowane w Nature Physics, oferuje nowy wgląd w potencjalne zastosowania i fizykę rządzącą kryształami czasoprzestrzennymi, a także oferuje nową metodę utrzymywania ich stabilności.

To, co wygląda jak płomień, jest pomiarem nowego kryształu czasu: każdy punkt odpowiada wartości eksperymentalnej, co skutkuje różnymi poglądami na okresową dynamikę polaryzacji spinu jądrowego kryształu czasu. Fot. TU Dortmund
Zespół kierowany przez dr Alexa Greilicha opracował nowatorską metodę stabilizacji kryształu czasoprzestrzennego w materiale półprzewodnikowym. Opracowany przez nich kryształ może utrzymywać okresowe oscylacje przez długi czas, około 40 minut, czyli miliony razy dłużej niż w przypadku poprzednich prób. Dzięki zastosowaniu arsenku indu i galu spiny jądrowe kryształu magazynują energię, działając jak bateria.


Co to jest kryształ czasoprzestrzenny?
Kryształ czasoprzestrzenny to teoretyczna struktura powtarzalna w czasie i przestrzeni zaproponowana w 2012 r. przez amerykańskiego noblistę i fizyka Franka Wilczka. Rozszerzył on pojęcie kryształu na czwarty wymiar. W przeciwieństwie do tradycyjnych kryształów, które wykazują powtarzające się wzory w przestrzeni, kryształy czasu wykazują wzory, które powtarzają się w czasie. Oznacza to, że ich struktury atomowe podlegają okresowym ruchom nawet bez energii zewnętrznej, co przeczy tradycyjnym prawom termodynamiki rządzącym równowagą w większości układów.

Jednak kryształ czasoprzestrzenny nie narusza żadnych praw fizyki. Dzieje się tak dlatego, że istnieje w swoim najniższym stanie energetycznym i dlatego nie może wykonać pracy – energii nie można wydobyć z tego układu, nawet jeśli się porusza.

Po co nam kryształ czasoprzestrzenny?
Kryształ czasoprzestrzenny to nie tylko ciekawy eksperyment fizyczny, ale też potencjalnie użyteczna technologia. Może on mieć zastosowanie w dziedzinie informatyki kwantowej, która wykorzystuje zjawiska kwantowe do przetwarzania danych. Kryształ czasu może być idealnym nośnikiem informacji kwantowej, ponieważ jest stabilny i nie traci energii. Może też służyć jako zegar kwantowy, który mierzy czas z niezwykłą dokładnością.

Jedno z najbardziej obiecujących zastosowań kryształów czasoprzestrzennych dotyczy obliczeń kwantowych i przetwarzania informacji. Kryształy te można potencjalnie wykorzystać do tworzenia bardziej stabilnych kubitów – podstawowych jednostek informacji kwantowej – które są niezwykle wrażliwe na najmniejsze nawet zakłócenia zewnętrzne. Ta stabilność może utorować drogę dla bardziej niezawodnych komputerów kwantowych, zdolnych do rozwiązywania złożonych problemów znacznie wykraczających poza zasięg dzisiejszych najpotężniejszych klasycznych komputerów.

Co więcej, wewnętrzna regularność czasowa kryształów czasu czyni je idealnymi kandydatami do zwiększania precyzji urządzeń do pomiaru czasu. W epoce, w której liczy się każda nanosekunda, od nawigacji GPS po transakcje finansowe o wysokiej częstotliwości, rozwój zegarów opartych na kryształach czasu mógłby znacząco poprawić dokładność i niezawodność pomiarów czasu.

Kryształ czasoprzestrzenny to więc nie tylko fantazja, ale rzeczywistość. Niemieccy naukowcy dokonali przełomu, który może mieć dalekosiężne konsekwencje dla nauki i technologii. A może kiedyś, kryształ czasoprzestrzenny znajdzie się w naszych smartfonach, zegarkach czy komputerach. Kto wie, co jeszcze potrafi zrobić?