A busca para desenvolver a compreensão do comportamento cristalino do tempo em sistemas quânticos assumiu um novo, reviravolta emocionante.

Especialistas em física das Universidades de Exeter, Islândia, e a ITMO University em São Petersburgo, revelaram que a existência de cristais de tempo genuínos para sistemas quânticos fechados é possível.

Diferente de outros estudos que até o momento consideravam sistemas quânticos abertos sem equilíbrio, onde a presença de uma unidade induz oscilações periódicas de tempo, pesquisadores teoricamente encontraram um sistema quântico onde as correlações de tempo sobrevivem por um tempo infinitamente longo.

Publicado em Cartas de revisão física como sugestão dos editores em 20 de novembro, o estudo pode abrir caminho para o desenvolvimento de romance, aplicativos interessantes, como um novo tipo de relógio atômico.

A noção de um cristal de tempo (TC) foi apresentada pela primeira vez pelo conceituado prêmio Nobel da física Frank Wilczek em 2012. O papel central em estabelecer o cristal de tempo como uma nova fase da matéria corresponde à quebra da simetria translacional do tempo.

Na vida cotidiana, estamos cercados por sólidos, onde átomos e moléculas formam uma estrutura periódica ao longo das coordenadas espaciais. Ao contrário dos cristais comuns, como diamantes, com propriedades definidas por átomos sendo regularmente organizados no espaço, os cristais do tempo, em vez disso, mostram um modo de comportamento em constante mudança que se repete no tempo.

Contudo, a própria possibilidade de quebra da simetria translacional no tempo revelou-se notoriamente difícil em um sistema quântico perfeitamente isolado que permanece em equilíbrio. Notavelmente, o teorema provado por Haruki Watanabe e Masaki Oshikawa afirmou que as versões quânticas dos cristais do tempo são impossíveis, a menos que:1) interações altamente não locais estejam presentes em um sistema quântico genuíno; ou 2) um sistema dirigido é considerado.

Em particular, usando a segunda brecha, cientistas mostraram nos últimos anos que diferentes variantes de cristal de tempo (mais notavelmente cristais de tempo discretos ou Floquet) são possíveis de produzir.

A pergunta:"O conceito original de cristal de tempo pode ser realizado?" assim, permaneceu no ar.

No novo estudo, a equipe de pesquisa liderada por Oleksandr Kyriienko da Universidade de Exeter mostrou que é possível "contornar" o teorema no-go para a existência de cristais de tempo quântico, e que uma ordem cristalina do tempo genuína é de fato possível.

O ingrediente chave corresponde a encontrar o hamiltoniano - um operador que descreve a energia de um sistema quântico - que satisfaz plenamente as condições para o comportamento de TC apresentadas por Watanabe e Oshikawa.

A equipe descobriu que o sistema que quebra a simetria translacional no tempo necessariamente possui interações multipartículas (chamadas de "cordas"), onde pelo menos metade das partículas interagem simultaneamente.

A função de correlação de estado fundamental associada exibe oscilações perpétuas devido ao acoplamento entre dois estados maximamente emaranhados que correspondem a estados semelhantes aos do gato de Schrodinger.

As descobertas podem ajudar a compreender melhor os cientistas sobre como os estados condensados ​​da matéria se comportam, e lançar luz sobre a física das ordens dinâmicas.

Sendo o primeiro passo para quebrar a simetria translacional de tempo contínua, o estudo chama a atenção para outros sistemas quânticos possíveis, onde interações de longo alcance podem induzir dinâmicas não triviais.

Oleksandr Kyriienko disse, "Agora sabemos que a simetria translacional do tempo pode ser quebrada com interações altamente não locais. Podemos melhorar isso e ter sistemas praticamente úteis com interações reduzidas onde as correlações sobrevivem em tempos infinitos? Não sei ao certo, mas estou ansioso para descobrir. "