TU Wienの研究者らは、量子相関が外部駆動なしに時間的に振動する構造である時間結晶を安定化できることを実証した。従来の信念とは異なり、これらの量子ゆらぎはリズミカルなパターンを乱すのではなく強化する。レーザーで捕捉した粒子格子を使用したこの発見は、量子多体系についての新たな洞察を提供する。
時間結晶は、外部のタイマーなしにシステムが自発的に繰り返しの時間的パターンを発達させる魅力的な量子現象であり、無秩序な液体から秩序ある構造を形成する空間結晶に似ています。
10年以上にわたり、量子物理学者らはこのような時間的対称性の破れが可能かどうかを探求してきました。以前は、量子気体のような特定のシステムでのみ時間結晶が可能と考えられ、ランダムな量子ゆらぎを平均値に代えて無視できるとされていました。しかし、TU Wienの理論物理学研究所のFelix Russo氏が、Prof. Thomas Pohlのチームで働き、逆を示しました。
「この問題は10年以上にわたり量子物理学で集中的な研究の対象となっています」とRusso氏は述べます。彼のチームの計算は、粒子間の量子相関—かつて時間結晶形成を防ぐと考えられていたもの—が実際にはそれを可能にすることを明らかにしました。「私たちは今、粒子間の量子物理学的相関が、まさに時間結晶の形成を防ぐと考えられていたものが、時間結晶相の出現を引き起こすことができることを示しました。」
研究者らは、レーザービームで閉じ込められた2次元粒子格子を調査しました。量子相互作用により、格子の状態が振動を始め、粒子間相互作用から純粋に生じる自己組織化のリズミカルな振る舞いを示します。この集団的振る舞いは、外部影響なしに規則的なパターンを形成する煙の輪のような現象を反映しています。
Russo氏とPohl氏による研究は、Physical Review Letters (2025年、巻135、号11)に掲載され、量子多体系の理解を進展させます。それは量子技術と高精度量子測定の革新への道を開きます。