Quasicristal do tempo é criado dentro de um diamante

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/03/2025

Construído dentro de um diamante, o quasicristal do tempo tem uma ordenação que se dá no tempo, e não no espaço.
[Imagem: WUSTL]

Cristalizando o tempo

O fascinante universo dos cristais do tempo ficou ainda mais rico e promissor, revelando que o que inicialmente se acreditou ser apenas uma curiosidade científica, é na verdade um reino todo novo da matéria, que ainda estamos começando a explorar.

Guanghui He e colegas da Universidade de Washington, nos EUA, acabam de criar um quasicristal do tempo, mostrando que a dimensão temporal pode intervir na matéria de modos ainda mais ricos.

Diferentemente dos cristais tradicionais, como o diamante ou o quartzo, que têm estruturas atômicas que se repetem espacialmente de forma previsível, os cristais do tempo permanecem uniformes no espaço, mas apresentam uma oscilação periódica no tempo. Em outras palavras, eles vibram, ou "tiquetaqueiam" em frequências constantes, o que os torna cristais de quatro dimensões, as três dimensões físicas mais a dimensão do tempo.

Sem depender de qualquer energia externa, eles vão se "desdobrando" no tempo, teoricamente podendo até mesmo sobreviver ao fim do Universo.

Isso é tão interessante que se demonstrou que um cristal do tempo pode funcionar como uma placa de circuito impresso para um computador quântico. E, mais recentemente, a criação de um cristal espaço-temporal juntou o melhor dos cristais comuns e dos cristais do tempo, abrindo o caminho para a computação com luz.

Mas havia mais.

Foto do quasicristal do tempo no diamante.
[Imagem: Guanghui He et al. - 10.1103/PhysRevX.15.011055]

Quasicristal do tempo

Agora considere não os cristais, mas os quasicristais, que são materiais exóticos, que os cientistas já acreditaram ser extraterrestres, até a descoberta do primeiro quasicristal formado naturalmente na Terra, há cerca de dois anos.

Os quasicristais estão em algum lugar entre um cristal, que tem uma estrutura atômica repetitiva e regular, e um material amorfo, como o vidro, onde os átomos estão dispostos aleatoriamente. Eles são regulares, mas sua estrutura nunca se repete - a descoberta dos quasicristais recebeu o Prêmio Nobel de Química em 2011.

Assim como os átomos de um quasicristal não seguem os mesmos padrões em todas as dimensões, as diferentes dimensões do quasicristal do tempo vibram em frequências diferentes. Os ritmos são muito precisos e altamente organizados, mas é mais como um acorde do que uma única nota.

Observações experimentais do quasicristal do tempo.
[Imagem: Guanghui He et al. - 10.1103/PhysRevX.15.011055]

Quasicristal do tempo dentro do diamante

Os pesquisadores construíram seus quasicristais do tempo dentro de um pequeno pedaço de diamante, medindo um milímetro. Para isso, o diamante foi bombardeado com feixes de nitrogênio fortes o suficiente para arrancar átomos de carbono da estrutura atômica do diamante, deixando espaços em branco conhecidos como vacâncias, largamente usadas como sensores muito precisos e como qubits naturais para computadores quânticos.

Os elétrons se movem para esses espaços vazios, e cada elétron tem interações de nível quântico com seus vizinhos, algo que foi recentemente usado para construir um microscópio revolucionário com esses sensores do diamante.

Os quasicristais do tempo são compostos por mais de um milhão dessas vacâncias no diamante. Cada quasicristal tem aproximadamente um micrômetro (um milésimo de milímetro) de diâmetro. "Usamos pulsos de micro-ondas para iniciar os ritmos nos quasicristais de tempo. As micro-ondas ajudam a criar ordem no tempo," contou Bingtian Ye, membro da equipe.

O uso natural dos cristais e quasicristais do tempo está no campo dos sensores, mas a computação quântica e a fotônica estão fortemente interessadas neles.
[Imagem: Chong Zu Lab/WUSTL]

Usos dos cristais e quasicristais de tempo

A mera existência de cristais do tempo e quasicristais do tempo confirma algumas teorias básicas da mecânica quântica, mas as ideias para seu uso prático estão aumentando rapidamente. Por serem sensíveis a forças quânticas, como o magnetismo, os cristais de tempo podem ser usados como sensores quânticos de longa duração, que nunca precisam ser recarregados.

Cristais do tempo também oferecem uma nova rota para a cronometragem de precisão, substituindo os osciladores de cristal de quartzo dos relógios e aparelhos eletrônicos, que exigem calibração - um cristal do tempo pode manter um tiquetaque consistente com perda mínima de energia.

Um sensor de quasicristal do tempo, por sua vez, pode potencialmente medir múltiplas frequências de uma vez, o que lhe daria múltiplos usos e muitas vantagens em relação às tecnologias atuais, mas primeiro será necessário entender melhor como ler e rastrear o sinal.

Em especial, como os cristais e quasicristais do tempo podem teoricamente funcionar para sempre sem gastar energia, há muito interesse em tirar proveito deles nos computadores quânticos. "Eles poderiam armazenar memória quântica por longos períodos de tempo, essencialmente como um análogo quântico de uma [memória] RAM," disse o professor Chong Zu. "Estamos muito longe desse tipo de tecnologia, mas criar um quasicristal do tempo é um primeiro passo crucial."

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