Criado o primeiro Cristal do Tempo

Com informações da Technology Review - 18/10/2016

O cristal do tempo é formado por uma fileira de átomos de itérbio, que começam a oscilar por conta própria.
[Imagem: J. Zhang et al. (2016)]

Cristal espaço-temporal

Os cristais do tempo, capazes de sobreviver até ao fim do Universo, causaram uma celeuma entre os físicos desde que sua existência foi prevista por Frank Wilczek, ganhador do Prêmio Nobel de Física de 2004.

Embora vários artigos tenham sido publicados desde então tentando demonstrar a "impossibilidade" desses cristais do tempo, a equipe do professor Chris Monroe, da Universidade de Maryland, nos EUA, não se importou com o ceticismo e anunciou agora ter criado o primeiro cristal do tempo na prática.

A ideia básica do cristal espaço-temporal é que o cristal gire de forma persistente, em um nível muito baixo de energia - sem precisar de energia externa -, permitindo quebrar tanto a simetria espacial quanto a simetria temporal.

Mesmo se não houver muita gente interessada em deixar mensagens para quem possa surgir depois do fim do Universo, esses cristais podem ser usados como memórias quânticas muito robustas e confiáveis.

Disco óptico 5D para guardar a história pela eternidade

Cristal quântico

Ao contrário de um bonito cristal brilhante, os pesquisadores trabalharam com sistemas quânticos que não estão em equilíbrio, mais especificamente com uma fileira de íons do elemento químico itérbio, com spins que interagem uns com os outros.

O spin dos íons pode ser ajustado para cima ou para baixo com a ajuda de um laser. Como eles estão acoplados, quando o spin do primeiro íon é invertido o próximo íon o acompanha, e assim por diante, até o final da fileira.

O grande interesse prático nos cristais do tempo está na criação de memórias quânticas robustas/a>, que sobrevivam à decoerência.
[Imagem: Stef Simmons/CC BY]

Estes spins derivados oscilam a uma velocidade que depende da regularidade com que o laser inverte o spin do primeiro íon, o que significa que a frequência original determina a taxa de oscilação do conjunto.

Contudo, quando se permite que o sistema "evolua", as interações passam a ocorrer a uma taxa que é o dobro da frequência original, o que somente pode ser explicado pela quebra da simetria do tempo, permitindo assim estes períodos mais longos.

Memória do Universo

Para checar tudo, a equipe mediu as propriedades do cristal do tempo, confirmando que alterações na frequência original - a frequência do laser que altera o primeiro spin - não conseguem mais alterar a frequência do cristal do tempo. Ele passa a funcionar de forma estável em seu próprio ritmo.

Embora todo o aparato para o funcionamento do cristal do tempo não permita devaneios quando a começar a escrever a história do Universo para uma posteridade pós-Universo, o esquema pode funcionar como uma memória quântica extremamente robusta, que exigirá a injeção externa de energia para que o registro inicial seja apagado - ao contrário das memórias quânticas atuais, que sofrem com a perda de dados devido ao fenômeno quântico da decoerência.

Cristal do tempo poderá sobreviver ao fim do Universo

Bibliografia:

Artigo: Observation of a Discrete Time Crystal
Autores: J. Zhang, P. W. Hess, A. Kyprianidis, P. Becker, A. Lee, J. Smith, G. Pagano, I.-D. Potirniche, A. C. Potter, A. Vishwanath, N. Y. Yao, C. Monroe
Revista: Nature
Data: 543, pages 217–220
DOI: 10.1038/nature21413
Link: http://arxiv.org/abs/1609.08684