Un equipo de investigadores de la TU Dortmund University (Alemania) han desarrollado un cristal de tiempo ultrarresistente. Su estudio, publicado en Nature Physics, ofrece nuevas perspectivas sobre las posibles aplicaciones y la física que rige los cristales de tiempo, así como un nuevo método para mantenerlos estables.

Los cristales de tiempo representan una nueva fase de la materia, teorizada por primera vez en 2012 por el premio Nobel Frank Wilczek. A diferencia de los cristales tradicionales, que muestran patrones que se repiten en el espacio, los cristales de tiempo muestran patrones que se repiten en el tiempo. Esto significa que sus estructuras atómicas experimentan un movimiento periódico incluso sin energía externa, desafiando las leyes tradicionales de la termodinámica que rigen el equilibrio en la mayoría de los sistemas.

¿Por qué es importante este desarrollo?

La importancia del trabajo del equipo de TU Dortmund radica en su demostración de un cristal de tiempo ultrarrobusto dentro de un material semiconductor. El cristal de tiempo que han desarrollado puede mantener sus oscilaciones periódicas durante largos periodos, de unos 40 minutos, lo que supone millones de veces más que los intentos anteriores.

Dirigido por el Dr. Alex Greilich, el equipo desarrolló un novedoso método para estabilizar el cristal del tiempo. Utilizando arseniuro de indio y galio, los espines nucleares del cristal almacenan energía, actuando como una pila.

Como un reloj que sigue funcionando sin cuerda

En pocas palabras, al hacer brillar la luz sobre el cristal, crearon una condición especial en la que los espines nucleares comienzan a oscilar a través de su interacción con los espines de los electrones, creando así un cristal del tiempo. Metafóricamente, el cristal del tiempo es como un reloj que sigue funcionando sin necesidad de darle cuerda. Greilich y su equipo lo consiguieron utilizando un tipo especial de material en cuyo interior diminutas partículas, llamadas electrones y núcleos, se comunican entre sí de una forma muy específica. Esta “conversación” hace que el reloj funcione por sí solo, de forma constante y sin detenerse, incluso sin ningún empujón del exterior.

Este nuevo cristal del tiempo puede durar al menos 40 minutos, una vida útil que supera en diez millones de veces los récords anteriores, con potencial para una longevidad aún mayor.

La imagen que se asemeja a una llama en realidad representa el comportamiento observado del nuevo cristal del tiempo. Cada punto de la imagen es una pieza de datos experimentales que en conjunto ilustran los movimientos cíclicos de los espines nucleares dentro del cristal del tiempo, mostrando su comportamiento periódico único. Crédito de imagen: Alex Greilich ​/ ​TU Dortmund

Se aplica a la computación cuántica

Una de las aplicaciones más prometedoras de los cristales de tiempo es la computación cuántica y el procesamiento de la información. Los cristales de tiempo podrían utilizarse para crear qubits más estables -las unidades básicas de la información cuántica-, que son muy sensibles a las perturbaciones externas. Esta estabilidad podría allanar el camino a ordenadores cuánticos más fiables, capaces de resolver problemas complejos muy alejados del alcance de los ordenadores clásicos más potentes de la actualidad.

Además, la regularidad temporal intrínseca de los cristales de tiempo los convierte en candidatos ideales para mejorar la precisión de los dispositivos de cronometraje. En una era en la que cada nanosegundo cuenta, desde la navegación por GPS hasta el comercio financiero de alta frecuencia, el desarrollo de relojes basados en cristales de tiempo podría mejorar notablemente la precisión y fiabilidad de las mediciones del tiempo.

Esta nueva investigación ofrece un ejemplo tangible de cristales de tiempo en un sistema semiconductor relativamente accesible, lo que hace más factible la investigación experimental y el desarrollo de aplicaciones. Además, la robustez del cristal de tiempo frente a perturbaciones externas aborda uno de los retos críticos en este campo, abriendo la puerta a aplicaciones del mundo real en las que la estabilidad es primordial.

Además de mejorar la informática cuántica y las tecnologías de cronometraje, los cristales de tiempo podrían revolucionar nuestra comprensión de la termodinámica de no equilibrio. Desafían la sabiduría convencional sobre los estados que puede adoptar la materia y cómo se comportan los sistemas a lo largo del tiempo, lo que podría dar lugar a nuevos marcos teóricos e innovaciones tecnológicas.

Los hallazgos de la investigación han sido publicados en Nature Physics.

Fuente: phys.org

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