Изследователи от Калифорнийския университет в Бъркли за първи път експериментално

Изследователи от Калифорнийския университет в Бъркли за първи път пробно са следили нов фазов режим на материята във времето. Те го нарекоха кристално рондо във времето по прилика с музикалната форма, при която повтаряща се тематика се редува с вариации. Научната разработка е оповестена в списание Nature Physics.

Същността на откритието се състои в това, че системата е съумяла да придаде по едно и също време две противоположни характерности. В избрани моменти от измерванията тя се е държала по строго периодически и спретнат метод, като елементарен времеви кристал. Между тези моменти положението ѝ е могло да се трансформира случайно и това да съставлява следен хаос. Това откривателите назовават rondeau order. Той демонстрира, че по едно и също време във времето могат да съществуват както дълготраен ред, по този начин и краткосрочни съмнения.

Лео Мун, един от създателите на публикацията, изяснява, че концепцията им е пристигнала от изкуството и природата. Простите форми постоянно са построени въз основата на повторения. По-сложните музика и лирика прибавят вариации върху еднообразен декор. Аналогични неща са добре познати и при елементарните кристали. В леда кислородните атоми образуват строга решетка, до момента в който водородните ядра могат да бъдат подредени случайно. Във времевите кристали от последните години симетрията на времето се нарушава и системата продължава да осцилира с една и съща периодичност. Досега обаче изследванията на непериодичния ред във времето се отнасяха основно до детерминирани последователности като квазикристалите. Новият опит е първият, който съчетава стробоскопична честота и следен звук.

За да осъществят етапа, учените са употребявали нуклеарните спинове на изотопа въглерод-13 в диаманта като квантов симулатор. Спиновете в сходен кристал са ситуирани на инцидентен принцип и си взаимодействат посредством далечни диполно-диполни връзки. Първоначално те е трябвало да бъдат мощно поляризирани. За тази цел са употребявани NV-дефектите в диаманта. Те са били осветени с лазер и по-късно посредством микровълнови импулси към близките нуклеарни спинове е била трансферирана получената поляризация. В рамките на 60 секунди поляризацията се нараснала към хиляда пъти спрямо естественото топлинно равновесие. Това дава задоволително мощен сигнал, който може да бъде проследен за дълго време.

След това към системата е приложена комплицирана поредност от микровълнови импулси. Тя е включвала защитни импулси за спиново заключване и особено разпределени импулси за превръщане на поляризацията. Последователността е отчасти инцидентна и въпреки всичко открива мечтаната конструкция. Управлението се е осъществявало посредством генератор на случайни форми на вълната с доста огромна памет. По време на един от опитите устройството е основало повече от 720 разнообразни импулса. Именно това следено, само че не изцяло от време на време възбуждане е довело до появяването на по този начин наречения от тях „ рондов ред “.

По време на измерванията спиновете непроменяемо се обръщат в тъкмо избрани моменти. Това е тип закономерно държание, което нормално се счита за симптом на времеви кристал. Но сред тези моменти поляризацията се е държала безредно и не се е подчинявала на простата причинност. Тази съгласуемост на прогнозируем дълговременен ред и къси инцидентни сектори е главният симптом на новата фаза. Авторите показват честотния разбор като решаващо доказателство. Обикновеният кристал с дискретно време дава един-единствен изострен връх в спектъра. Времевият кристал с рондо дава изгладен разпределен набор по всички честоти. Това е най-очевидният мотив, че в системата по едно и също време участват ред и хаос.

Друг любопитен резултат е, че откривателите са съумели да кодират информация във времевата конструкция на самия хаос. Те уловили такава поредност от импулси, при която в динамичността на спиновете била записана фразата от заглавието на публикация с дължина повече от 190 знака. В този случай данните се съхраняват не в пространственото разположение на детайлите, а във времето. В подобаващия миг спинът сочи нагоре или надолу и това задава обичай. Авторите признават, че тази технология към момента не е директно използвана. Но концепцията, че непериодично следеното задвижване може по едно и също време да поддържа дългогодишен ред и да носи потребна информация, наподобява обещаваща.

Според учените диамантът с нуклеарни въглеродни спинове е комфортен за такива опити. Самият материал е химически постоянен. Той реагира едва на температурата. Той добре защищава спиновете от външни шумове. Това разрешава да се следи еволюцията на системата в продължение на дълго време. В техния опит новият времеви ред се е запазил повече от четири секунди и е издържал повече от 170 интервала. Като променяли параметрите на ръководството, откривателите построили фазова диаграма на стабилността и демонстрираха, че продължителността на живота и нагряването на системата се подчиняват на плануваните закони.

В умозаключение създателите означават, че същият пробен метод към този момент им е разрешил да осъществят други комплицирани режими на еволюция във времето. Включително такива с детерминирани непериодични последователности като Туе Морз и Фибоначи. Това значи, че региона на неравновесните времеви етапи се оказва по-широка от класическите кристали на дискретното време. Като последваща стъпка екипът преглежда различни материали, като да вземем за пример кристали, легирани с пентацен, при които протонните спинове са по-чувствителни. Изследователите не изключват, че следеният хаос може да се употребява в квантовите датчици или в квантовата памет, при която се разчита не на пространството, а на постоянни структури във времето.