Parlare di cristalli temporali può forse generare confusione, in quanto si potrebbe pensare a particolari “macchine del tempo” minerali che si trovano in natura. Magari fosse così, ma in realtà si tratta di particolari cristalli che possono essere considerati come particolari dispositivi quantistici.
Questi cristalli temporali sono stati, per la prima volta nella storia, collegati in un unico sistema un evoluzione, che appunto potrebbe essere molto utile e trovare delle applicazioni nel campo dell’informatica quantistica.
Se già due anni fa l’osservazione dell’interazione aveva dato buoni frutti almeno sul piano teorico, stavolta si è potuto studiare il potenziale dell’utilizzo di cristalli temporali in qualcosa di pratico, come appunto l’elaborazione di informazioni quantistiche.
Cristalli temporali: cosa sono e come sono composti
I cosiddetti cristalli temporali, la cui esistenza è stata confermata solo nel 2016, altro non sono che dei normali cristalli che tuttavia posseggono, o meglio si trovano, in una fase della materia molto particolare. Se infatti i normali cristalli sono composti da atomi disposti in una struttura a griglia fissa e tridimensionale, come ad esempio il reticolo atomico di un diamante o di un cristallo di quarzo, i cristalli temporali sono invece composti da atomi che esibiscono schemi di movimento non solo nello spazio, ma anche nel tempo.
Per fare un esempio pratico, i reticoli dei cristalli normali possono differire nella loro configurazione ma solo grazie ad eventuali agenti esterni. Invece nei cristalli temporali gli atomi si muovono in oscillazioni chiamate “ticchettio”, che viaggiano su una particolare frequenza.
Poiché i cristalli temporali ticchettano al loro stato energetico più basso possibile, noto come stato fondamentale, e sono quindi stabili e coerenti per lunghi periodi di tempo, laddove la struttura dei cristalli regolari si ripete nello spazio, nei cristalli temporali si ripete nello spazio e nel tempo, esibendo così un movimento perpetuo nello stato fondamentale.
“Tutti sanno che le macchine a moto perpetuo non esistono – afferma il fisico e autore principale dello studio Samuli Autti della Lancaster University nel Regno Unito – Tuttavia, nella fisica quantistica il moto perpetuo va bene finché teniamo gli occhi chiusi. In questo modo possiamo creare cristalli temporali“.
I cristalli temporali con cui il team ha lavorato sono costituiti da quasiparticelle chiamate magnon. I Magnon non sono vere particelle, ma consistono in un’eccitazione collettiva dello spin degli elettroni, come un’onda che si propaga attraverso un reticolo di spin.
I Magnon emergono quando l’elio-3 – un isotopo stabile dell’elio con due protoni ma un solo neutrone – viene raffreddato entro un decimillesimo di grado dallo zero assoluto. Questo crea quello che viene chiamato superfluido di fase B, un fluido a viscosità zero con bassa pressione.
In questo mezzo, i cristalli temporali si sono formati come condensati di Bose-Einstein spazialmente distinti, ciascuno costituito da un trilione di quasiparticelle di Magnon.
Quando ai due cristalli del tempo è stato permesso di toccarsi, si sono scambiati i magnon. Questo scambio ha influenzato l’oscillazione di ciascuno dei cristalli temporali, creando un unico sistema con la possibilità di funzionare in due stati distinti.
Nella fisica quantistica, gli oggetti che possono avere più di uno stato esistono in un mix di questi stati prima che siano stati fissati da una misurazione chiara. Quindi avere un cristallo del tempo che opera in un sistema a due stati fornisce nuove ricchezze come base per le tecnologie quantistiche.