Физики из Университета Аалто и Института теоретической физики имени Л. Д. Ландау РАН впервые смогли провести контролируемое взаимодействие двух кристаллов времени. Открытие поможет улучшить системы обработки квантовой информации, увеличив их безопасность. О своей работе ученые рассказали в журнале Nature Materials.

Кристалл времени (иначе называемый темпоральным) — это система, в которой нарушена трансляционная симметрия относительно обращения времени. Из-за этого даже в состоянии с наименьшей энергией в таком кристалле наблюдаются периодические колебания. Существование этих систем предсказали еще в 2012 году, однако получить их на практике удалось только в 2016-м. Но с тех пор у исследователей не получилось не то чтобы провести взаимодействие между ними, но и поместить два кристалла в одну систему.

Авторы новой работы впервые продемонстрировали это на практике. Они наблюдали темпоральные кристаллы внутри гелия-3 — редкого изотопа гелия с одним нейтроном и двумя протонами. Физики охлаждали сверхтекучий гелий-3 до одной десятитысячной градуса выше абсолютного нуля (0,0001 К или –273,15 °С). Затем исследователи создали два кристалла времени внутри сверхтекучей жидкости и позволили им соприкоснуться.

Ученые наблюдали, как две системы с симметрией относительно обращения времени взаимодействуют друг с другом и обмениваются составляющими частицами. Частицы при этом перетекали из одного кристалла в другой и обратно. Это явление называется эффектом Джозефсона.

Темпоральные кристаллы имеют большой потенциал для применения на практике. Их можно использовать, к примеру, для совершенствования технологии атомных часов. Это самые точные часы, которые есть сегодня на Земле, — они замеряют время, отсчитывая, например, переход между энергетическими уровнями электрона цезия-133. Также такие кристаллы могут помочь усовершенствовать гироскопы и GPS.