Des chercheurs de la TU Wien ont démontré que les corrélations quantiques peuvent stabiliser les cristaux temporels, des structures qui oscillent dans le temps sans pilotes externes. Contrairement aux croyances antérieures, ces fluctuations quantiques renforcent plutôt que perturbent les motifs rythmiques. La découverte, obtenue en utilisant un réseau de particules piégées par laser, offre de nouvelles perspectives sur les systèmes quantiques à plusieurs corps.
Les cristaux temporels représentent un phénomène quantique fascinant où les systèmes développent spontanément des motifs temporels répétitifs sans aucun minuteur externe, semblable à la façon dont les cristaux spatiaux forment des structures ordonnées à partir de liquides désordonnés.
Depuis plus d'une décennie, les physiciens quantiques explorent si une telle rupture de symétrie basée sur le temps est possible. Auparavant, les cristaux temporels étaient considérés comme réalisables uniquement dans des systèmes spécifiques comme les gaz quantiques, où les fluctuations quantiques aléatoires pouvaient être ignorées au profit des valeurs moyennes. Cependant, Felix Russo de l'Institut de Physique Théorique de la TU Wien, travaillant dans l'équipe du Prof. Thomas Pohl, a montré le contraire.
"Cette question a fait l'objet de recherches intensives en physique quantique pendant plus de dix ans," dit Russo. Les calculs de son équipe révèlent que les corrélations quantiques entre particules — autrefois considérées comme empêchant la formation de cristaux temporels — l'activent en réalité. "Nous avons maintenant montré que ce sont précisément les corrélations physiques quantiques entre les particules, qui étaient auparavant considérées comme empêchant la formation de cristaux temporels, qui peuvent mener à l'émergence de phases cristallines temporelles."
Les chercheurs ont étudié un réseau bidimensionnel de particules confiné par des faisceaux laser. En raison des interactions quantiques, l'état du réseau commence à osciller, exhibant un comportement rythmique auto-organisé issu uniquement des interactions entre particules. Ce comportement collectif reflète des phénomènes comme les anneaux de fumée formant des motifs réguliers sans influence externe.
Publié dans Physical Review Letters (2025, volume 135, numéro 11), l'étude de Russo et Pohl fait avancer la compréhension des systèmes quantiques à plusieurs corps. Elle pave la voie pour des innovations en technologies quantiques et des mesures quantiques de haute précision.