De nouveaux calculs suggèrent que les cristaux temporels, autrefois considérés comme une bizarrerie quantique, pourraient servir de blocs de construction pour des horloges quantiques hautement précises. Des chercheurs ont analysé des systèmes de particules quantiques et ont découvert que les cristaux temporels maintiennent une meilleure précision lors de la mesure d'intervalles de temps courts par rapport aux phases conventionnelles. Ce développement pourrait offrir des alternatives aux technologies de mesure du temps existantes.
Les cristaux temporels représentent un phénomène peculiar en physique quantique, caractérisé par des structures qui se répètent dans le temps plutôt que dans l'espace. Contrairement aux cristaux ordinaires avec des motifs atomiques répétés, les cristaux temporels cyclent spontanément à travers des configurations sans forçage externe, semblable à l'eau qui gèle en glace à basses températures. Une équipe dirigée par Ludmila Viotti au Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics en Italie a examiné un système impliquant jusqu'à 100 particules quantiques, chacune avec deux états de spin, similaires à pile ou face d'une pièce. Cette configuration peut opérer en phase cristal temporel, avec des oscillations spontanées, ou en phase normale sans tel cyclage. Les chercheurs ont évalué les performances de l'horloge — précision et exactitude — dans les deux états. «Dans la phase normale, si vous voulez résoudre des intervalles de temps plus petits, vous perdrez en précision de manière exponentielle. En phase cristal temporel, pour la même résolution, vous pouvez obtenir une bien plus grande précision», a expliqué Viotti. Typiquement, les horloges basées sur spin perdent en précision pour des mesures plus courtes, comme des secondes versus minutes, mais ce problème diminue dans la configuration cristal temporel. Mark Mitchison au King’s College London a noté que, bien que les cristaux temporels conviennent intuitivement à la fabrication d'horloges en raison de leurs oscillations inhérentes, une analyse détaillée de leurs avantages manquait auparavant. Son travail précédent a démontré que presque toute séquence d'événements peut former une horloge, mais les rythmes auto-entretenus fournissent une base plus solide. Krzysztof Sacha à l'Université jagellonne en Pologne a souligné que les cristaux temporels sont connus depuis environ une décennie, mais les applications pratiques restent insaisissables. Il les a comparés aux cristaux conventionnels utilisés en bijouterie et processeurs, exprimant l'espoir d'usages technologiques similaires. De telles horloges sont peu susceptibles de surpasser les plus avancées au monde, basées sur des atomes ultra-froids, mais pourraient rivaliser avec des systèmes dépendants de satellites comme GPS, vulnérables aux interférences. De plus, les horloges à cristaux temporels pourraient détecter des champs magnétiques, car les perturbations altéreraient leur rythme. Cependant, Viotti a insisté sur la nécessité de comparaisons supplémentaires avec d'autres systèmes d'horloges et de validation expérimentale avec de vrais spins. Les résultats paraissent dans Physical Review Letters.