A interação mecânica quântica de dois cristais de tempo foi experimentalmente demonstrada

O cilindro do recipiente de amostra de vidro de quartzo é preenchido parcialmente com superfluido 3He-B, deixando uma superfície livre do superfluido aproximadamente 3 mm acima do centro do sistema de bobina circundante. O espaço acima da superfície livre é o vácuo devido ao desaparecimento da pressão de vapor de He em temperaturas abaixo de milikelvin. Os magnons podem ser aprisionados nesta configuração em dois locais separados, na massa (de cor azul) e tocando a superfície livre (de cor vermelha). Bobinas de NMR transversais são usadas para bombeamento de RF de magnons para os BECs e para registrar o sinal induzido da magnetização de precessão coerente M (seta amarela clara). A amplitude do sinal gravado é proporcional a ΒM, o ângulo de inclinação de M, e sua frequência corresponde à frequência de precessão do condensado. Os condensados são capturados pelo efeito combinado da distribuição do eixo de anisotropia orbital do superfluido (setas verdes) via acoplamento spin-órbita e um mínimo do campo magnético externo criado usando uma bobina pinch (laço de fio magenta). O campo externo H é orientado ao longo do eixo z do recipiente de amostra.

A interação mecânica quântica entre dois cristais de tempo foi experimentalmente demonstrada

Cristais de tempo quântico são sistemas caracterizados por ordem periódica emergente espontaneamente no domínio do tempo. Em um cristal regular, os átomos formam uma ordem periódica no espaço, enquanto em um cristal de tempo, um processo periódico no tempo (como oscilação, rotação etc.) surge espontaneamente.

Embora originalmente uma fase de simetria de tradução de tempo quebrada fosse apenas um exercício teórico, algumas realizações práticas de cristais de tempo foram relatadas, como em pesquisas anteriores da Aalto sobre cristais de tempo.

No entanto, a dinâmica e as interações entre os cristais de tempo não foram investigadas experimentalmente até agora

O cientista sênior da Aalto, Vladimir Eltsov, explica: ‘Demonstramos o fluxo de partículas entre dois cristais de tempo, conforme previsto pelo famoso efeito Josephson na mecânica quântica, enquanto a evolução do tempo coerente, que é a essência de um cristal de tempo, permanece intacta’.

Os cristais de tempo mantêm a coerência ao longo do tempo, resistentes ao ruído ambiental. Esta é uma propriedade essencial para construir dispositivos quânticos (como qubits em um computador quântico). A nova descoberta oferece a possibilidade de manipular precisamente o estado quântico.

Eltsov acrescenta: ‘Em uma abordagem ao processamento de informações quânticas adotada pelos principais participantes (como o Google), os qubits são baseados na eletrônica quântica supercondutora: aqui, as ilhas de um supercondutor estão interagindo pelo efeito Josephson. No efeito Josephson, elétrons coerentes fluem para frente e para trás entre as ilhas de uma maneira muito específica, dependendo de seus estados quânticos.

Para este experimento, um líquido é construído a partir de átomos de 3 He, que é resfriado a uma temperatura muito baixa (abaixo de 200 microkelvins), onde se torna superfluido. Os átomos de 3He têm um momento magnético e, nessas baixas temperaturas, todos esses minúsculos ímãs carregados por cada átomo começam a tocar juntos. O processo periódico de tempo cristalino neste sistema é a rotação contínua do momento magnético total. As partículas constituintes que são trocadas no efeito Josephson são excitações quânticas magnéticas, magnons.

Eltsov conclui, ‘Há esforço de desenvolvimento de material em alguns outros laboratórios para construir cristais de tempo semelhantes com base em fenômenos magnéticos coerentes que são robustos mesmo em temperatura ambiente. Assim, em algum futuro, poderá permitir a construção de um computador quântico operando em temperatura ambiente ‘.

Publicado em 18/08/2020 06h59

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