Investigadores provocan «el choque» entre dos cristales del tiempo por primera vez

By 17/08/2020 Portal

En 2012 el premio Nobel Frank Wilczek propuso un enigmático concepto que ha estado rondando los laboratorios de física desde entonces: los cristales del tiempo. A pesar de su exótico nombre, no son un extraño mineral que nos vaya a permitir viajar al pasado. Son, como su propio nombre indica, un cristal, un sólido que está formado por una red de átomos que se repite espacialmente, que se repite también temporalmente. A diferencia de los cristales convencionales, que no cambian según pasa el tiempo, los cristales del tiempo cambian de momento a momento, siguiendo un patrón, como si tuviesen su propio ritmo interno. Esta propiedad, que les permite conservar una coherencia interna, es de gran interés en el campo de la computación cuántica.

Desde 2012 se ha constatado que los cristales del tiempo son una exótica forma de materia y no solo una posibilidad teórica. Esta semana, un estudio publicado en «Nature Materials» ha mostrado el que parece ser un relevante paso adelante. Por primera vez, los científicos han observado la interacción entre dos cristales del tiempo.

«Controlar la interacción entre dos cristales del tiempo es un gran logro», ha dicho en un comunicado Samuli Autti, director del estudio e investigador en la Universidad de Lancaster (en Reino Unido). «Hasta ahora, nadie había observado nunca dos cristales del tiempo en el mismo sistema, y ni mucho menos los habían visto interaccionando».

Los cristales de tiempo tienen una estructura que no se repite en el espacio, sino en el tiempoLos cristales del tiempo se propusieron en 2012 y se identificaron en 2016. En 2019 se demostró que pueden ser producidos en sistemas aislados y que podrían tener múltiples aplicaciones. Sin embargo, para que esto sea posible es necesario poder manejarlos y lograr que interaccionen entre sí.

El primer paso para poder usarlos
«Las interacciones controladas son el primer paso para poder aprovechar los cristales del tiempo para aplicaciones prácticas como el procesamiento cuántico de información», ha dicho Autti.

En este caso, investigadores de las universidades de Lancaster, Yale, Royal Holloway y Aalto, observaron estas interacciones en cristales del tiempo contruidos a partir de helio-3, un exótico isótopo de helio al que se le ha arrancado un neutrón.

Enfriaron este helio-3 hasta convertirlo en un superfluido, y situar su temperatura hasta una mínima fracción por encima del cero absoluto, es decir, los -273,15ºC. Por último, crearon dos minúsculos cristales del tiempo dentro de este superfluido y los hicieron «tocarse».

Gracias a ese sutil choque, observaron cómo ambos cristales intercambiaron partículas, a través de lo que se conoce como efecto de Josephon.

Un minúsculo reloj
En origen, los cristales del tiempo son grupos de átomos que están en el estado de mínima energía (es decir, lo más fríos posible). Sus propiedades les llevan a oscilar de forma periódica, como el tic-tac de un reloj. Lo más característico, es que estos cambios no son aleatorias, sino que muestran una predilección: los átomos oscilan, giran, se mueven en una dirección y luego otra, pero no lo hacen de forma aleatoria.

Por ello, se dice que rompen la simetría temporal. Por otro lado, los cristales convencionales, en los que los átomos forman una red ordenada, se rompe la simetría espacial. Una simetría que se conserva en un líquido, donde la disposición de las partículas es homogénea en cualquier punto, como fruto del azar.

Este orden puede usarse como un minúsculo péndulo, midiendo el paso del tiempo en relojes atómicos increíblemente perfectos. Quizás también podría usarse para mejorar GPS o giroscopios.

Futuros ordenadores cuánticos
Pero otro de los aspectos interesantes es que los sistemas que dan lugar a cristales del tiempo exhiben un desequilibrio térmico que no se puede romper. O, tal como explica Daniel Oberhaus en «Vice.com»: «Estos sistemas nunca se calientan y no pueden ser caracterizados por ninguna temperatura».

Gracias a eso, constituyen una forma de materia exótica cuyo comportamiento es predecible: en concreto, los investigadores son capaces de predecir cuándo se romperá la simetría temporal.

Esto es interesante porque los ordenadores cuánticos necesitan hacer un gran número de operaciones, de forma periódica. Y ahí los cristales del tiempo pueden ser de ayuda.

Pero, tal como dijo en «Vice.com» Chetan Nayak, investigador en la Estación Q, una instalación de Microsoft en la Universidad de California en Santa Bárbara, todavía queda un largo trecho hasta que esta investigación básica pueda tener aplicaciones: «Ahora que sabemos qué son los cristales del tiempo, tenemos algunas ideas sobre cómo explotarlos en algunas áreas de la computación cuántica, pero todavía hay mucho trabajo por delante».