Nya beräkningar tyder på att tidkristaller, en gång sedda som en kvantmekanisk uddahet, kan fungera som byggstenar för mycket precisa kvantklockor. Forskare analyserade system med kvantpartiklar och fann att tidkristaller bibehåller noggrannhet bättre vid mätning av korta tidsintervall jämfört med konventionella faser. Denna utveckling kan erbjuda alternativ till befintliga tidtagnings teknologier.
Tidkristaller utgör ett underligt fenomen inom kvantfysik, präglat av strukturer som upprepas i tid snarare än rum. Till skillnad från vanliga kristaller med upprepade atommönster cyklar tidkristaller spontant genom konfigurationer utan extern påtvingan, liknande vatten som fryser till is vid låga temperaturer. Ett team ledd av Ludmila Viotti vid Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics i Italien undersökte ett system med upp till 100 kvantpartiklar, var och en med två spinn-tillstånd, liknande myntets mynt eller krona. Denna uppsättning kan verka i en tidkristallfas med spontana oscillationer eller en normal fas utan sådan cykling. Forskarna utvärderade klockprestanda — noggrannhet och precision — i båda tillstånden. «I den normala fasen förlorar du noggrannhet exponentiellt om du vill lösa upp mindre tidsintervall. I tidkristallfasen kan du för samma upplösning få mycket högre noggrannhet», förklarade Viotti. Vanligtvis försämras spinnbaserade klockor i precision för kortare mätningar, som sekunder mot minuter, men detta problem minskar i tidkristallkonfigurationen. Mark Mitchison vid King’s College London noterade att tidkristaller intuitivt passar för klocktillverkning på grund av deras inneboende oscillationer, men en detaljerad analys av fördelarna saknades tidigare. Hans tidigare arbete visade att nästan vilken händelseföljd som helst kan bilda en klocka, men självupprätthållande rytmer ger en starkare grund. Krzysztof Sacha vid Jagiellonian University i Polen framhöll att tidkristaller varit kända i cirka ett decennium, men praktiska tillämpningar förblir undanflyende. Han jämförde dem med konventionella kristaller använda i smycken och processorer och uttryckte hopp om liknande teknologiska användningar. Sådana klockor lär inte överträffa världens mest avancerade, baserade på ultrakalla atomer, men kan konkurrera med satellitberoende system som GPS, som är sårbara för störningar. Dessutom kan tidkristallklockor detektera magnetfält, eftersom störningar skulle förändra deras rytm. Viotti betonade dock behovet av ytterligare jämförelser med andra klocksystem och experimentell validering med verkliga spinn. Resultaten publiceras i Physical Review Letters.