crystals: فاز جسدي جديد يُشكك في التناظر الزمني ويتحدى فهم الفيزياء الكلاسيكية

crystals: فاز جسدي جديد يُشكك في التناظر الزمني ويتحدى فهم الفيزياء الكلاسيكية. crystals هي فاز جسدي جديد تم التنبؤ بها من قبل الفيزيائي Frank Wilczek في عام 2012 وتم تنفيذها في المختبر في عام 2017. لا تشبه الكريستال العادي التي لها ترتيب ذرات متكرر في空 في الفضاء، crystals تظهر الحركة المتكررة في الوقت دون الحاجة إلى طاقة خارجية، مما يتعارض مع التناظر الزمني. دراسة جديدة من قبل فريق من Google Quantum AI و جامعة برينستون التي نشرت في Nature في عام 2021 تمكنت من رصد هذه الفاز في المعالج الكوانتي الكونديكتور، مما يفتح الباب للاستخدام في ساعات الذرة الدقيقة وذاكرة كوانتومية مستقرة.. مقدمة: ما هي crystals؟ في الفيزياء الجسدية النظرية، الكريستال العادي يُعرَّف بأنه ترتيب ذرات متكرر في الفضاء ثلاثي الأبعاد. هذا الترتيب يفكك التناظر الزمني في الفضاء - أي إذا كنت تحرك الكريستال قليلاً، فإن ترتيبه لن يكون متساويًا. في عام 2012، اقترح الفيزيائي Frank Wilczek فكرة فاز جسدي جديد: ترتيب ذرات متكرر في الوقت، وليس في الفضاء. هذا الفاز، الذي يُسمى crystals، سيُفكك التناظر الزمني، مما يعني أن النظام سيظهر حركة متكررة بشكل تلقائي على فترات زمنية ثابتة دون الحاجة إلى أي محفز خارجي. هذه الفكرة كانت في البداية محل شكوك لأنها تظهر على أنها تتعارض مع القانون الثاني للترموديناميك، ولكن التجارب الحديثة أثبتت وجودها في الأنظمة الكوانتومية المُحكمة. أساس النظرية والتحديات الأولى فكرة crystals تعود إلى أساس التناظر في الكون. التناظر الزمني يعني أن قوانين الفيزياء هي نفسها في كل وقت؛ لا يوجد وقت أكثر أهمية من الآخر. إذا كان نظامًا يظهر حركة متكررة بشكل تلقائي دون محفز خارجي، فإن التناظر الزمني سوف يُفكك. اقترح Wilczek نظامًا من الأيونات أو الذرات التي تتم دورة في حلقة مغلقة، مما يؤدي إلى حركة متكررة دائمة. ومع ذلك، انتقد بعض العلماء مثل Patrick Bruno 2013 أن حركة متكررة دائمة في الحالة الأساسية الحالة الأرضية سوف تتعارض مع مبدأ الحفاظ على الطاقة. هذه المخاوف أدت إلى تعريف crystals الحقيقي: يجب أن يكون في حالة غير توازن غير توازن يتم دفعها بشكل دوري، ولكن حركته لا تتطابق مع فترة المحفز - وهو ما يُعرف باسم crystals الزمنية المحددة DTC . التجارب الأولى: 2017 في عام 2017، تمكن فريقان من إنشاء crystals الزمنية المحددة في المختبر. فريق من جامعة ماريلاند استخدم سلسلة من الأيونات اليتربيوم التي تم حجزها في حقل الأيون، في حين استخدم فريق من جامعة هارفارد و MIT مركز فارغة النيتروجين NV centers في الزمرد. استخدم كلا الفريقين نبضات الليزر لتحفيز الأنظمة بشكل دوري، ولاحظوا أن دوران الأيونات أو الإلكترونات يظهر حركة متكررة على فترات زمنية مضاعفة لفترة المحفز - علامة واضحة على DTC. هذه النتائج نشرت في Nature و Physical Review Letters، مما يؤكد أن هذا الفاز الجسدي الجديد يمكن أن يكون موجودًا في الأنظمة المُحكمة. التقدم الحديث: crystals في المعالج الكوانتي Google في عام 2021، نشرت دراسة ثورية من قبل فريق من Google Quantum AI و جامعة برينستون في Nature عن رصد crystals الزمنية المحددة في المعالج الكوانتي الكونديكتور Sycamore. استخدم الفريق 20 قubitًا موزعًا في سلسلة واحدة الأبعاد، واستخدموا ترتيب نبضات خاصة لاستقرار الفاز DTC. استكشفوا الكوريلات بين دوران القوبيت، ووجدوا أن النظام يظهر حركة متكررة دائمة على فترات زمنية مضاعفة لفترة المحفز، حتى مع وجود فوضى وعدم الكفاءة. هذه التجربة مهمة لأنها تظهر أن crystals الزمنية المحددة يمكن أن تكون موجودة في منصات كوانتومية واسعة النطاق، مما يفتح الباب للاستخدام في التطبيقات العملية. التأثيرات والاستخدامات المستقبلية اكتشاف crystals الزمنية ليس مجرد فضول علمي. بسبب حركة crystals الزمنية التي هي مستقرة للغاية ولا تؤثر على الفوضى الصغيرة، يمكن استخدامها كأوقات دقيقة أكثر دقة أو كعناصر ذاكرة كوانتومية مستقر. في الحوسبة الكوانتومية، crystals الزمنية يمكن أن تكون مصدرًا دقيقًا للزمن لتنسيق العمليات المنطقية. بالإضافة إلى ذلك، دراسة هذه الفاز غير التوازن تساعد الفيزيائيين في فهم الظواهر المعقدة مثل الترموديناميك في الأنظمة الكوانتومية والتحولات الفازية. بعض المجموعات البحثية حاليًا تستكشف إمكانية إنشاء crystals الزمنية في الأنظمة الفوتونية والذرات الباردة. التحديات والجدل على الرغم من نجاح التجارب، لا يزال هناك جدل حول ما إذا كانت crystals الزمنية المحددة تفي بالتعريف الأصلي ل Wilczek. لأن DTC تتطلب محفزًا خارجيًا دوريًا، فإنها لا تتعارض مع التناظر الزمني بشكل تلقائي في معنى الكلمة. بعض الفيزيائيين يعتقدون أن crystals الزمنية الحقيقية يجب أن تكون موجودة في الأنظمة المنعزلة دون محفز. ومع ذلك، تعريف أوسع هو ما يُقبل في المجتمع الفيزيائي الجسدي. الخاتمة crystals الزمنية تمثل حدًا جديداً في الفيزياء الجسدية والنظم الكوانتومية. من التنبؤ النظري المثير للجدل إلى تنفيذ تجريبي قوي، هذه الرحلة تظهر قوة التعاون بين النظرية والتجربة. مع تقدم التكنولوجيا الكوانتومية، قد نرى crystals الزمنية تستخدم في أجهزة حقيقية في العقود القادمة، مما يغير من طريقةنا في قياس الوقت وتخزين المعلومات. هذا الاكتشاف أيضًا يذكرنا بأن الكون لا يزال يحتفظ ببعض الأسرار التي تثير الفيزياء الكلاسيكية.