Eerste tijdkristallen ooit gebouwd

Share Button

Tijdkristallen bewegen zonder energie. Een paar jaar na de theoretische voorspelling dat tijdkristallen mogelijk zijn, is het een groepje natuurkundigen gelukt om een echt tijdkristal te bouwen. Wat is een tijdkristal, en wat kan je ermee?

Nulpuntenergie
Ook als er geen enkele energie meer in een systeem aanwezig is, bezit het toch nog energie, nulpuntenergie. Dit heeft te maken met de zogeheten Diraczee. Volgens het model dat wijlen Dirac ontwikkelde, is de ruimte zoals we die kennen geheel gevuld met virtuele deeltjes. De energietoestand van die deeltjes, die de Diraczee vormen, is nul. Reële deeltjes hebben een hogere energie. Een virtueel deeltje kan een reëel deeltje worden door er energie aan toe te voeren. In dat geval wordt tegelijkertijd het antideeltje gevormd.

Tijdkristallen maken hier gebruik van. De atomen in een tijdkristal bewegen periodiek – de reden waarom tijdkristallen ook wel vierdimensionale kristallen worden genoemd. De beweging in een tijdkristal is energieloos, want niet aan het systeem te onttrekken. Dit soort systemen kan in enkele bijzondere gevallen functioneren.

Tijdkristal
Zoals bij dit experiment. Een ring van ytterbiumionen -elk ion met een eigen spin (een kwantumeigenschap die ruwweg te vergelijken is met draairichting) – werd met behulp van een laser, ion voor ion in een andere spin gebracht. Daardoor ontstond een trilling die periodiek door de ring golfde. Opmerkelijk was nu dat de trilling twee keer zo langzaam plaatsvond als op basis van klassieke natuurkunde te verwachten was. Dit kon alleen, als de tijdsymmetrie verbroken was. M.a.w., er is een tijdkristal ontstaan. Tijdkristallen hebben enkele vergaande eigenschappen, die ze uitermate interessant maakt. We zullen ze hieronder opnoemen.

Tijdkristallen bestaan in feite in vier dimensies. Hier afgebeeld: aluinkristal met voorzover bekend geen tijdkristal-eigenschappen. Bron: Wikimedia Commons

Tijdkristallen bestaan in feite in vier dimensies. Hier afgebeeld: aluinkristal met voorzover bekend geen tijdkristal-eigenschappen. Bron: Wikimedia Commons

Wat kan je met tijdkristallen?
Tijdkristallen beloven een vorm van kwantumgeheugen op te leveren. Een groot probleem met kwantumcomputers is het opslaan van de kwantumtoestand. Deze is namelijk extreem gevoelig voor verstoringen. Tijdkristallen beschikken niet over vrije energie, waardoor zij langere tijd in stand blijven (gesteld uiteraard dat ze sterk gekoeld worden). Hiermee zou je dus een werkend kwantumgeheugen kunnen bouwen. Kwantumcomputers met enkele duizenden qubits, die nu binnen bereik liggen, kunnen op enkele gebieden sneller rekenen dan zelfs een digitale computer met de grootte van het bekende universum. Een van de voornaamste bottlenecks is geheugen om de qubits in op te slaan. Hiervoor zijn tijdkristallen uitermate interessant.

Volgens sommige voorspellingen zal het heelal in de zeer verre toekomst de hittedood sterven: een toestand bereiken waarin er geen vrije energie meer is. Alle sterren zijn dan veranderd in levenloze sintels of door Hawkingstraling verdampende zwarte gaten. Omdat tijdkristallen een periodieke beweging vertonen maar geen vrije energie meer bezitten, zijn ze tot het einde der tijden stabiel. Wellicht dat onze verre nazaten – of een andere technisch geavanceerde levensvorm – zal overleven door zich hierin op te sluiten.

Bronnen
J. Zhang et al., Observation of a discrete time crystal, ArXiv preprint server, 2016

Share Button

Germen

Hoofdredacteur en analist (Visionair.nl) Expertise: biologische productiesystemen (master), natuurkunde (gedeeltelijek bachelor), informatica

Dit vind je misschien ook interessant:

3 reacties

  1. allan schreef:

    Waar kan ik het artikel lezen dat beschrijft dat wetenschappers daadwerkelijk een tijdkristal hebben gecreeerd? In je bronvermelding staat het iig niet en Wikipedia heeft het over een theoretische structuur nog steeds..

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Verplichte velden zijn gemarkeerd met *

Advertisment ad adsense adlogger