Quantum “tijdkristallen” voor de eerste keer gekoppeld

Een beroemd gedachte-experiment in de wetenschap is gebaseerd op de haalbaarheid van het bouwen van een perpetuum mobile – een apparaat dat blijft werken zonder externe input.

Maar zoals bij veel andere concepten, wenden wetenschappers zich tot de gekke wereld van de kwantummechanica om het onmogelijke mogelijk te maken. Kwantumeigenschappen die perpetuum mobile mogelijk maken, kunnen van nut zijn in toekomstige technologieën, vindt nieuw onderzoek.

“Tijdkristallen” zijn een nieuw ontdekte fase van materie. Net als andere kristalstructuren die in gesteenten en metalen worden gevonden, zijn tijdkristalatomen gerangschikt in een regelmatig herhalend patroon of “rooster”.

Het element “tijd” heeft helaas niets te maken met tijdreizen. Tijdkristalatomen zijn zelf in oneindige beweging ondanks geen externe invoer van energie, en lijken de wetten van de fysica te overtreden. De atomen zijn constant aan het oscilleren of draaien.


Meer over natuurkunde: ‘Beyond quantum’-verbinding verwijst naar veiligere codering en toekomstige universele theorie


Nieuw onderzoek, gepubliceerd in Natuurcommunicatie, beschrijft de creatie van het eerste tweelichamentijdkristalsysteem. De auteurs stellen dat niet alleen de gekoppelde tijdkristallen zich precies gedragen zoals ze theoretisch zouden moeten, het gekoppelde systeem biedt ook kansen voor toekomstige technologieën.

“Iedereen weet dat perpetuum mobile onmogelijk is. In de kwantumfysica is eeuwigdurende beweging echter oké zolang we onze ogen gesloten houden’, legt de hoofdauteur van het artikel, dr. Samuli Autti, van de Lancaster University in het VK uit. “Door door deze spleet te sluipen, kunnen we tijdkristallen maken.”

Het internationale team omvatte instellingen uit het VK, Rusland en Finland en creëerde tijdkristallen door helium-3 – een zeldzame isotoop van helium met een ontbrekend neutron – af te koelen tot 0,0001K of -273,15 °C, binnen een 10.000ste van een graad daarboven absolute nulpunt. Bij die temperatuur creëert de helium-3 een superfluïde, een vloeistof zonder viscositeit.

Eenmaal gemaakt, werden de twee tijdkristallen die in de superfluïde waren gevormd, samengebracht om te interageren.

Tijdkristallen werden in 2012 voor het eerst getheoretiseerd door Nobelprijswinnaar Frank Wilczek en geïdentificeerd in 2016. Sinds ze voor het eerst werden gemaakt, hebben tijdkristallen natuurkundigen verbijsterd en een potentieel gebruik voor de vreemde, kronkelige substantie is ongrijpbaar geweest.

“Het blijkt dat het samenvoegen van twee ervan prachtig werkt, zelfs als tijdkristallen in de eerste plaats niet zouden moeten bestaan. En we weten al dat ze ook bij kamertemperatuur bestaan”, zegt Autti.

Een systeem met twee niveaus is de basisbouwsteen van een kwantumcomputer. Het feit dat gekoppelde tijdkristaldynamica de tekstboekbeschrijving van een systeem met twee niveaus (met een beetje kwantumkruid) volgt, is een opwindende ontwikkeling. De auteurs suggereren dat dit kan betekenen dat tijdkristallen de sleutel kunnen zijn tot de ontwikkeling van kwantumcomputers op kamertemperatuur.



Lees wetenschappelijke feiten, geen fictie…

Er is nog nooit zo’n belangrijk moment geweest om de feiten uit te leggen, op feiten gebaseerde kennis te koesteren en de nieuwste wetenschappelijke, technologische en technische doorbraken te presenteren. Cosmos wordt uitgegeven door The Royal Institution of Australia, een liefdadigheidsinstelling die mensen wil verbinden met de wereld van de wetenschap. Financiële bijdragen, hoe groot of klein ook, helpen ons toegang te bieden tot betrouwbare wetenschappelijke informatie op een moment dat de wereld dit het meest nodig heeft. Steun ons door vandaag nog een donatie te doen of een abonnement aan te schaffen.

Leave a Reply

Your email address will not be published.