Físicos observan una nueva fase temporal: el cristal de tiempo 'rondó'

Físicos observan una nueva fase temporal: el cristal de tiempo "rondeau"

Resumen

Investigadores informan sobre la realización experimental de una fase temporal que han denominado cristal "rondeau". El sistema muestra un patrón estable y repetible cuando se muestrea una vez por ciclo de impulso, permitiendo al mismo tiempo un desorden deliberadamente variado y de corta duración entre esos puntos de muestreo. El experimento utilizó espines nucleares de carbono-13 en diamante y secuencias de pulsos de microondas diseñadas para estabilizar el ritmo.

¿Qué es un cristal de tiempo?

Un cristal de tiempo es una fase fuera del equilibrio en la cual un sistema de muchos cuerpos impulsado exhibe un orden temporal persistente que rompe la simetría de traslación temporal del impulso. En este caso, el cristal rondeau combina una repetición de ciclo a ciclo de larga duración con una variación intraciclo controlada.

Plataforma experimental y métodos

El experimento utilizó una plataforma de simulador cuántico de diamante que contenía defectos de vacante de nitrógeno (NV) acoplados a espines nucleares de carbono-13 presentes de forma natural. Se aplicó control óptico y de microondas para hiperpolarizar el conjunto de carbono-13 y para realizar la lectura de la dinámica de espín colectiva con alta fidelidad.

Los investigadores programaron secuencias de impulso diseñadas —incluyendo estructuras intraciclo estrictamente periódicas, cuasiperiódicas e intencionadamente aleatorizadas— utilizando un generador de formas de onda arbitrarias para controlar la temporización y la forma de los pulsos de microondas. Al medir la respuesta colectiva del espín a lo largo de muchos ciclos de impulso, el equipo identificó un orden estroboscópico de larga duración a pesar del micromovimiento ruidoso dentro de los ciclos individuales.

Observaciones clave

• Cuando se observó una vez por ciclo de impulso, la configuración colectiva del espín se repitió con alta fidelidad, demostrando un orden estroboscópico.
• El desorden introducido dentro de cada ciclo no destruyó el patrón de repetición a largo plazo cuando las mediciones se realizaron de forma estroboscópica.
• Los tiempos de vida estroboscópicos superaron los cuatro segundos en algunas ejecuciones, lo que corresponde a la observación a lo largo de más de cien períodos de impulso y permitió el análisis espectral de la dinámica.

Significado y aplicaciones potenciales

Limitaciones y direcciones futuras

La demostración es una prueba de principio más que una tecnología lista para su uso. Se basó en una hiperpolarización cuidadosa, un control de microondas de bajo ruido y una lectura precisa. Aunque los tiempos de coherencia fueron largos para un conjunto de estado sólido de muchos cuerpos a temperatura ambiente, siguen siendo cortos en comparación con las memorias de qubits diseñadas. Los trabajos futuros podrían investigar otros materiales de soporte, especies de espín alternativas y electrónica de control mejorada para prolongar los tiempos de vida y mejorar la sensibilidad.

Implicaciones más amplias

Conceptualmente, el cristal rondeau ilustra que la ruptura de la simetría temporal puede admitir una estructura estratificada: un orden estable en escalas de tiempo gruesas que coexiste con un desorden deliberado en escalas más finas. Esto refleja fenómenos en materiales espaciales donde algunos grados de libertad están ordenados mientras que otros están desordenados, y sugiere nuevas formas de organizar la información y el comportamiento coherente en sistemas cuánticos impulsados.

Perspectivas

La observación de un cristal de tiempo rondeau ofrece una nueva plataforma para estudiar fases fuera del equilibrio y para desarrollar técnicas de control que aprovechen la estructura temporal. Convertir estos hallazgos en herramientas prácticas de detección o procesamiento de información requerirá mejoras adicionales en los materiales y el control para lograr tiempos de coherencia más largos y una mayor robustez.