Az időkristály az anyag egy különleges állapota, amely képes mozgásra anélkül, hogy ehhez energiát használna fel. Ahogyan a hagyományos kristály térben ismétlődő mintázatot alkot, úgy az időkristály időben ismétli saját mintázatát.

„Az időkristály olyan, mint egy óra, amit sosem kell felhúzni”

– mondta Chong Zu, a St. Louis-i Washington Egyetem fizikaprofesszora.

Az időkristályok azonban köztudottan érzékenyek: könnyen megzavarhatja őket a környezetük.

A Physical Review X című folyóiratban megjelent legújabb eredmények egy új típust, az úgynevezett időkvázikristályt mutatják be. Míg a hagyományos időkristályok szabályosan ismétlődő időbeli mintákat követnek, az időkvázikristályok soha nem ismétlik meg ugyanazt a mintát. Bár rendezetlennek tűnnek, fejlődésük mégis kiszámítható – olyan struktúrák tehát, amelyek nem periodikusak, mégis szabályosan viselkednek. Ennek köszönhetően nem egyetlen stabil frekvencián rezegnek, hanem többféle frekvencián egyszerre.

A kutatók egy néhány milliméteres gyémánttal indították a kísérletet. Nitrogénsugarat alkalmaztak, hogy szénatomokat távolítsanak el a gyémánt rácsszerkezetéből, így körülbelül egy mikrométeres méretű üres atomi helyek keletkeztek. Ezek a „lyukak” elektronokat vonzottak, amelyek kvantumszinten kezdtek kölcsönhatásba lépni a környezetükben lévő részecskékkel.

„Mikrohullámú impulzusokat használtunk, hogy ritmust hozzunk létre az időkvázikristályokban” – magyarázta Bingtian Ye, a MIT kutatója, aki részt vett a projektben. „A mikrohullámok segítenek időbeli rendet teremteni.”

Bár a kutatás még kezdeti fázisban van, az eredmények ígéretesek. Az időkvázikristályok igazolhatják a kvantumfizika eddigi elméleti előrejelzéseit, és fontos szerephez juthatnak a kvantumszámítás, a pontos időzítés és az érzékeléstechnológia terén. Kivételes érzékenységük lehetővé teszi, hogy a legkisebb mágneses vagy környezeti változásokat is észleljék. A számítástechnikai alkalmazások között szerepelhet például a kvantummemória hosszú távú fenntartása – egyfajta kvantum-RAM-ként.

„Még messze vagyunk a gyakorlati eszközök megvalósításától” – tette hozzá Zu –, „de ez egy kulcsfontosságú lépés a cél felé.”

(Kép: Egy új időkristály-típus a kvantummechanika határait is kitágíthatja, forrás: WashU)