Forskare har producerat den mest intrikata tids kristallen hittills med hjälp av IBM:s supraledande kvantdator. Detta tvådimensionella kvantmaterial upprepar sin struktur i tiden och cyklar genom konfigurationer obegränsat. Framstegen förbättrar förståelsen av kvantsystem och deras potential för materialdesign.
Tids kristaller skiljer sig från traditionella kristaller som har upprepade atommönster i rymden. Istället uppvisar tids kristaller ett mönster som upprepas över tid och behåller sina konfigurationer utan extern energitillförsel, så länge miljöstörningar är minimala. Nicolás Lorente vid Donostia International Physics Center i Spanien, tillsammans med kollegor, använde 144 supraledande kvantbitar i ett bikupemönster på en IBM kvantdator. Varje kvantbit simulerade en partikel med kvantspinn, liknande komponenter i kvantmaterial som magneter. Genom att modulera interaktionerna mellan dessa kvantbitar över tid med specifika styrkemönster skapade teamet en tvådimensionell tids kristall – mer komplex än tidigare endimensionella versioner. Denna uppställning möjliggjorde för forskarna att kartlägga systemets fasdiagram, som illustrerar alla möjliga tillstånd under varierande förhållanden, liknande hur ett vattenfasdiagram anger fasta, flytande eller gasformiga faser baserat på temperatur och tryck. Jamie Garcia vid IBM, som inte var involverad i studien, noterade att detta arbete „kan vara det första i många steg som så småningom kan leda till att kvantdatorer hjälper till att designa nya material baserat på en fullständigare bild av alla egenskaper ett kvantsystem kan ha, inklusive så udda som tids kristaller.“ De underliggande ekvationerna var för komplexa för konventionella datorer utan approximationer, vilket belyser kvantberäkningens fördelar. Kvantfel krävde dock korsverifiering med klassiska metoder för att bedöma tillförlitligheten. Biao Huang vid University of Chinese Academy of Sciences kommenterade: „Tvådimensionella system är praktiskt mycket svåra att simulera numeriskt, så den storskaliga kvant simuleringen med mer än 100 kvantbitar bör ge en ankarpunkt för framtida forskning.“ Denna framsteg kopplar tids kristaller till tillämpningar i kvantsensorer och fördjupar insikterna i kvantmateria. Resultaten publiceras i Nature Communications (DOI: 10.1038/s41467-025-67787-1).