Forscher, die in Partnerschaft mit Google zusammenarbeiten, haben möglicherweise gerade den Quantencomputer des Technologieriesen verwendet, um eine völlig neue Phase der Materie zu erschaffen – den Zeitkristall.
Mit der Fähigkeit, sich ohne Energieverlust unendlich zwischen zwei Zuständen zu bewegen, umgehen Zeitkristalle eines der wichtigsten Gesetze der Physik, den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik, der besagt, dass die Unordnung oder Entropie eines isolierten Systems immer zunehmen muss.
Diese seltsamen temporären Kristalle bleiben stabil und widerstehen jeder Auflösung in Zufälligkeit, obwohl sie sich in einem ständigen Fluss befinden. Die Existenz dieser seltsamen neuen Phase der Materie ist für Physiker unglaublich aufregend, zumal die Existenz von Zeitkristallen erst vor 9 Jahren zum ersten Mal vorhergesagt wurde.
Laut einer Forschungsarbeit konnten Wissenschaftler mithilfe von Qubits (der Quantencomputing-Version eines herkömmlichen Computerbits) im Kern des Sycamore-Quantenprozessors von Google in etwa 100 Sekunden einen Zeitkristall erstellen. In der „Box“ von Google Sycamore können wir die Qubits des Quantenprozessors genau wie unsere Coins sehen. So wie Münzen Kopf oder Zahl sein können, können Qubits entweder 1 oder 0 sein – die beiden möglichen Positionen in einem System mit zwei Zuständen – oder eine seltsame Kombination der Wahrscheinlichkeiten beider Zustände sein, die als Überlagerung bezeichnet wird. Das Seltsame an Zeitkristallen ist, dass keine Schwingungen oder Übergänge von einem Zustand in einen anderen die Qubits des Zeitkristalls in den Zustand mit der niedrigsten Energie bringen können, was eine zufällige Konfiguration ist, sie können ihn nur aus dem ursprünglichen Zustand umdrehen in einen anderen Zustand und dann zurück. In diesem Sinne ist der Zeitkristall wie ein Pendel, das nie aufhört zu schwingen.
Googles Experiment wird wahrscheinlich auf absehbare Zeit der beste Weg sein, Zeitkristalle zu untersuchen. Während es vielen anderen Projekten gelungen ist, mit anderen Mitteln – mit Diamanten, superflüssigem Helium-3, Quasiteilchen und mit Bose-Einstein-Kondensaten – scheinbar temporäre Kristalle zu erzeugen, zerstreuen sich die in diesen Aufbauten produzierten Kristalle größtenteils zu schnell zum ausführlichen Studium.
Die theoretische Neuheit von Kristallen ist in gewisser Weise ein zweischneidiges Schwert, da Physiker derzeit versuchen, klare Anwendungen für sie zu finden, beispielsweise als hochpräzise Sensoren oder zur Entwicklung von Quantencomputern.
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