Bước tiến mới về tinh thể thời gian – loại vật chất chuyển động vĩnh viễn

Thí nghiệm mới đã tạo ra 2 tinh thể thời gian, lần đầu tiên đưa chúng tiếp xúc với nhau và quan sát chúng cùng tồn tại trong hơn 15 phút.

Tinh thể là một chất có cấu trúc bên trong được sắp xếp lặp đi lặp lại theo các quy tắc cụ thể trong không gian, chẳng hạn như muối, bông tuyết và các vật thể khác. Tinh thể thời gian là chất mà cấu tạo bên trong của nó lặp lại theo một quy luật thời gian nhất định.

Khái niệm về tinh thể thời gian lần đầu tiên được đề xuất vào năm 2012, và vào năm 2016, một nhóm các nhà khoa học lần đầu tiên đề xuất một bản thiết kế cụ thể. Tinh thể thời gian là những chất tồn tại trong thế giới lượng tử, các tính chất của chúng đi ngược lại các quy luật vật lý thông thường, nhưng tuân theo các quy luật vật lý lượng tử. Ví dụ, các phân tử bên trong có thể biểu hiện một dạng chuyển động giống như chuyển động vĩnh viễn.

Theo một nghiên cứu được công bố ngày 2/6 trên tạp chí ‘Nature Communications’, chất này không chỉ có thể được tạo ra mà còn hứa hẹn cho nhiều thiết bị khác nhau.

Samuli Autti, từ Khoa Vật lý tại Đại học Lancaster, Anh, người dẫn đầu cuộc nghiên cứu, cho biết: “Mọi người đều cho rằng không thể tồn tại những cỗ máy chuyển động vĩnh viễn. Tuy nhiên, trong lĩnh vực cơ học lượng tử, trạng thái chuyển động vĩnh viễn là có thể xảy ra, miễn là bạn nhắm mắt lại.”

Autti đề cập đến nguyên lý bất định Heisenberg trong cơ học lượng tử, có nghĩa là một khi hệ thống lượng tử được đo hoặc quan sát, hàm sóng của hệ thống sẽ sụp đổ. Vì vậy, về lý thuyết, tinh thể thời gian chỉ có thể cách ly với môi trường và tồn tại biệt lập. Sau khi bị quan trắc, chúng sẽ sụp đổ hoàn toàn, điều này hạn chế đáng kể thời gian tồn tại của những vật thể như vậy. Tuy nhiên, nghiên cứu này không chỉ tạo ra 2 tinh thể thời gian mà còn giữ chúng trong hơn 10 phút.

Nhóm nghiên cứu đã làm lạnh Helium-3 xuống nhiệt độ thấp 0,0001K, chỉ bằng một phần mười nghìn độ trên độ không tuyệt đối. Ở nhiệt độ thấp này, Helium-3 trở thành chất siêu lỏng. Ở trạng thái này, độ nhớt của chất này bằng không, và chuyển động ma sát giữa các hạt không làm mất động năng, do đó các nguyên tử bên trong tinh thể thời gian duy trì chuyển động vô tận.

Nhóm nghiên cứu đã tạo ra 2 tinh thể thời gian trong chất siêu lỏng Helium-3, đưa chúng tiếp xúc và quan sát mô hình tương tác của chúng. Nghiên cứu cho biết 2 tinh thể này tồn tại thành từng cặp trong khoảng 1.000 giây, tức gần 17 phút trước khi hàm số sóng của chúng sụp đổ.

Autti nói: “Mặc dù các tinh thể thời gian có thể căn bản không hẳn tồn tại, nhưng chúng tôi [không chỉ tạo ra một vật thể như vậy] đã phát hiện ra rằng 2 tinh thể thời gian có thể cùng tồn tại một cách hoàn hảo”. “Ngoài ra, chúng ta đã biết rằng các tinh thể thời gian có thể hoạt động ở nhiệt độ phòng.”

Nhóm nghiên cứu cho biết quan sát thấy rằng 2 tinh thể thời gian có thể hoạt động theo cặp là rất quan trọng. Điều này cho thấy tinh thể thời gian cũng có thể được sử dụng làm đơn vị hoạt động cơ bản của máy tính lượng tử – qubit. Tuy nhiên, bộ xử lý của máy tính lượng tử là một hệ thống bao gồm nhiều qubit được kết nối với nhau. Do đó, sự hợp tác của 2 tinh thể thời gian được biểu thị trong nghiên cứu này là một bước quan trọng để chứng minh rằng chúng có thể được sử dụng làm qubit.

Bước tiếp theo, nhóm nghiên cứu cho biết, sẽ chứng minh rằng có thể sử dụng nhiều tinh thể thời gian hơn để thực hiện các hoạt động cổng logic (operation). Đây là cơ sở của một bộ xử lý máy tính.

Tử Vi (Theo The Epoch Times)