Разработка кристаллов времени для использования в реальных приложениях

Кристаллы времени, которые сохраняются неопределенное время при комнатной температуре, могут найти применение в точном хронометраже.

Мы все видели кристаллы, будь то крупинка соли или сахара, или сложный и красивый аметист. Эти кристаллы состоят из атомов или молекул, которые повторяются в виде симметричного трехмерного узора, называемого решеткой, где атомы занимают определенные точки в пространстве. Например, образуя периодическую решетку, атомы углерода в алмазе нарушают симметрию пространства, в котором они находятся. Физики называют это «нарушением симметрии».

Ученые недавно обнаружили, что подобный эффект можно увидеть во времени. Нарушение симметрии, как следует из названия, может появиться только при наличии какой-либо симметрии. Во временной области периодически меняющаяся сила или источник энергии естественным образом создают временную картину.

Нарушение симметрии происходит, когда система, управляемая этой силой, испытывает момент дежавю, но нет С тем же периодом прочности. «Кристаллы времени» рассматривались в последнее десятилетие как новая фаза материи и недавно наблюдались в сложных экспериментальных условиях в изолированных системах. Эти эксперименты требуют чрезвычайно низких температур или других строгих условий, чтобы свести к минимуму нежелательные внешние воздействия.

Чтобы ученые могли больше узнать о кристаллах времени и использовать их технологический потенциал, им необходимо найти способы производить и поддерживать стабильные состояния кристаллов времени за пределами лаборатории.

Передовое исследование, проведенное Калифорнийским университетом в Риверсайде и опубликованное на этой неделе в Связь с природой Теперь обратите внимание на кристаллы времени в системе, которая не изолирована от своего окружения. Это крупное достижение приближает ученых на один шаг к разработке кристаллов времени для использования в реальных приложениях.

«Когда ваша экспериментальная система обменивается энергией с окружающей средой, рассеяние и шум работают в тандеме, чтобы разрушить временной порядок», — сказал ведущий автор Хоссейн Тахери, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники в Marlan and Rosemary Burns. Инженерный колледж. «В нашей оптической платформе система обеспечивает баланс между усилением и потерями для создания и поддержания кристаллов времени».

Продвигая идею, выдвинутую нобелевским лауреатом Фрэнком Вильчеком десять лет назад, группа исследователей во главе с доцентом Калифорнийского университета в Риверсайде Хоссейном Тахери продемонстрировала новые кристаллы времени, которые неопределенно долго сохраняются при комнатной температуре, несмотря на шум и потери энергии.

Полностью оптический временной кристалл достигается с помощью дискового резонатора из фтористого магниевого стекла диаметром один миллиметр. При бомбардировке двумя лазерными лучами исследователи наблюдали субгармонические всплески или частотные тоны между двумя лазерными лучами, что указывает на нарушение временной симметрии и создание временных кристаллов.

Команда под руководством UCR использовала технологию, называемую блокировкой лазерной самоинъекции в резонаторе, чтобы добиться устойчивости к воздействиям окружающей среды. Сигнатуры повторяющихся во времени состояний этой системы можно легко измерить в частотной области. Предлагаемая платформа, таким образом, упрощает изучение этой новой фазы вопроса.

Не требуя более низкой температуры, систему можно вынести за пределы сложной лаборатории для использования в полевых условиях. Одним из таких приложений может быть очень точное измерение времени. Поскольку повторение и время являются математическим отражением друг друга,[{» attribute=»»>accuracy in measuring frequency enables accurate time measurement.

“We hope that this photonic system can be utilized in compact and lightweight radiofrequency sources with superior stability as well as in precision timekeeping,” said Taheri.

Reference: “All-optical dissipative discrete time crystals” by Hossein Taheri, Andrey B. Matsko, Lute Maleki and Krzysztof Sacha, 14 February 2022, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-022-28462-x

Taheri was joined in the research by Andrey B. Matsko at NASA’s Jet Propulsion Laboratory, Lute Maleki at OEwaves Inc. in Pasadena, Calif., and Krzysztof Sacha at Jagiellonian University in Poland.