時間結晶は量子物理学の奇妙なものですが、新しい計算は、これらの奇妙な材料が非常に正確な時計を構築するのに役立つ可能性があることを示唆しています。

すべての結晶は繰り返しによって定義されます。従来の結晶は繰り返しパターンで配置された原子で構成されており、タイムクリスタルは時間内で繰り返す構造を持っています。タイムクリスタルを十分に長く観察すると、同じ構成セットを何度も繰り返していることがわかります。さらに、このサイクルは自然に発生します。これは、物質がそれを強制的に維持するためではなく、低温における水の好ましい相が氷であるのと同じように、それが物質の好ましい相であるためです。

イタリアのアブドゥス・サラーム国際理論物理学センターのリュドミラ・ヴィオッティらは今回、結晶が非常に正確な量子時計の優れた構成要素となる可能性があることを示した。

彼は 100 個の量子力学的粒子からなる系を数学的に分析しました。テーブル上のコインがどちらの面が表であるかによって決定される 2 つの異なる状態があるのと同じように、それぞれの粒子には量子スピンの特性によって決定される 2 つの異なる状態があります。研究者らが研究した特定のスピン系は、時間結晶を形成することも、時間内に自動的に振動しないより従来の位相に存在することもでき、どちらの位相でも時計として使用できる可能性がある。研究チームは、タイムクリスタルフェーズのスピンから作られた時計の性能、つまり精度と精度が、この「通常の」フェーズのスピンから作られた時計とどのように比較されるかを計算しました。

「通常の段階では、小さな時間間隔を解決したい場合、精度は急速に失われます。時間結晶段階では、同じ解像度であれば、はるかに高い精度を得ることができます」とヴィオッティ氏は言います。ただし、たとえば、分ではなく秒を測定したい場合、スピンベースの時計の精度は一般に低くなりますが、スピンが最初に時間の結晶を作成した場合は当てはまりません。

キングス・カレッジ・ロンドンのマーク・ミッチソン氏は、タイムクリスタルが時計製造の有望な出発点となるのは驚くべきことではないが、その利点についての厳密な分析はこれまで行われていなかったと述べている。彼と彼の同僚は、ほぼすべてのランダムな出来事のシーケンスを時計に変えることができることを以前に証明していましたが、自立振動を備えたシステムは最初からより時計のような構造を提供すると彼は言います。

ポーランドのヤゲウォ大学のクシシュトフ・サッシャ氏は、「約10年前からタイムクリスタルが存在することはわかっていたが、それをどのように利用するかはまだ明らかではない」と語る。 「通常のクリスタルが宝飾品とコンピュータープロセッサーの両方を作るのに使用できるのと同じように、タイムクリスタルも有用なテクノロジーを可能にしたいと考えています。」

同氏は、タイムクリスタルが、極度に冷たい原子で作られている現在世界最高の時計を超える可能性は低いが、それでも、凶悪な行為者によって妨害される可能性があるGPSなどの衛星システムに基づく計時の代替手段となる可能性があると述べている。ミッチソン氏は、タイムクリスタルで作られた時計は、磁場センサーの基礎を形成する可能性もある、なぜならそのような磁場がたとえ少量でも時計の時を刻むのを妨げるからである、と言う。

それにもかかわらず、ヴィオッティ氏は、タイムクリスタルが実用化されるまでには、やるべきことがまだたくさんあると述べています。たとえば、彼女のチームのスピン システムは、正確な時計として動作する他のシステムと比較し、実際のスピンを使った実験でテストする必要があると彼女は言います。