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Wissenschaftler haben ein System aus zwei Zeitkristallen geschaffen

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Im Jahr 2012 stellte der MIT-Physiker Frank Wilczek fest, dass die Gesetze der Physik auch eine zeitliche Symmetrie haben. Dies bedeutet, dass jedes später wiederholte Experiment dasselbe Ergebnis liefern sollte. Wilczek zog eine Analogie zu normalen Kristallen, jedoch in der Dimension der Zeit, und nannte diese spontane zeitbrechende Symmetrie einen Zeitkristall. Nach einigen Jahren konnten Physiker es endlich bauen.

Kristall der Zeit

„Die Zeitkristalle bedecken einen Teil der Grenze zwischen den beiden Welten. Vielleicht können wir lernen, wie man die Grenze entfernt, indem wir die Zeitkristalle im Detail untersuchen.“, sagte Samuli Autti, leitender Wissenschaftler des Projekts an der Lancaster University im Vereinigten Königreich.

In der neuen Studie verwendeten Autti und sein Team „Magnons“, um ihren Zeitkristall herzustellen. Magnonen sind Quasiteilchen, die im kollektiven Zustand einer Gruppe von Atomen entstehen. In diesem Fall nahm eine Gruppe von Physikern Helium-3 (ein Heliumatom mit zwei Protonen, aber nur einem Neutron) und kühlte es auf zehntausendstel Grad über dem absoluten Nullpunkt ab. Bei dieser Temperatur hat sich Helium-3 in ein Bose-Einstein-Kondensat verwandelt, in dem alle Atome einen gemeinsamen Quantenzustand haben und miteinander zusammenarbeiten. In diesem Kondensat sind alle Elektronenspins in Helium-3 verbunden und arbeiten zusammen und erzeugen Wellen magnetischer Energie - Magnonen. Diese Wellen spritzten endlos hin und her und verwandelten sich in einen Zeitkristall.

Magnon

Auttis Team nahm zwei Gruppen von Magnonen, die jeweils als separate Zeitkristalle fungierten, und brachte sie nahe genug heran, dass sie sich gegenseitig beeinflussen konnten. Das kombinierte System von Magnonen wirkte wie ein Zeitkristall mit zwei unterschiedlichen Zuständen.

Das Ziel dieses Experiments ist es, ein stabil funktionierendes System von Zeitkristallen zu schaffen, das für Quantencomputer verwendet werden könnte. In klassischen Computersystemen ist die grundlegende Informationseinheit ein Bit, das den Zustand 0 oder 1 annehmen kann, während sich beim Quantencomputing jedes „Qubit“ an mehr als einem Ort gleichzeitig befinden kann, was viel mehr Berechnungen ermöglicht durchgeführt werden.

„Dies könnte bedeuten, dass Zeitkristalle als Baustein für Quantengeräte verwendet werden können, die auch außerhalb des Labors funktionieren. Bei einem solchen Unterfangen wird das von uns geschaffene Zwei-Ebenen-System der Hauptbaustein sein.", - sagte Autti.

Quantencomputer

Diese Arbeit ist derzeit noch sehr weit von einem funktionierenden Quantencomputer entfernt, eröffnet aber interessante Forschungsrichtungen. Tatsächlich haben Physiker ein System aus zwei verbundenen Zeitkristallen geschaffen, die seltsame Quantensysteme sind, die in einer Endlosschleife stecken, für die die normalen Gesetze der Thermodynamik nicht gelten. Wenn Wissenschaftler ein System aus zwei Zeitkristallen manipulieren können, ohne seine Quantenzustände zu zerstören, könnten sie möglicherweise größere Zeitkristallsysteme bauen, die echte Computergeräte wären.

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