Time Crystals: Fasa Jirim Baru yang Berayun Tanpa Henti Mencabar Hukum Termodinamik

Time Crystals: Fasa Jirim Baru yang Berayun Tanpa Henti Mencabar Hukum Termodinamik. Time crystals merupakan fasa jirim baharu yang ditemui pada tahun 2016, di mana atom-atomnya berayun secara berkala tanpa memerlukan tenaga luaran, sekaligus mencabar hukum termodinamik kedua. Kajian terbaharu oleh pasukan dari Universiti Harvard dan Universiti California, Berkeley yang diterbitkan dalam jurnal Nature pada tahun 2021 berjaya mencipta time crystal dalam sistem qubit superkonduktor, membuktikan kewujudan fasa jirim yang sebelum ini dianggap mustahil. Penemuan ini membuka pintu kepada aplikasi dalam pengkomputeran kuantum dan pemahaman lebih mendalam tentang simetri masa.. Pengenalan: Apakah Time Crystal? Dalam dunia fizik, kita biasa dengan tiga fasa jirim: pepejal, cecair, dan gas. Namun, pada tahun 2012, pemenang Nobel fizik Frank Wilczek mencadangkan satu fasa jirim baharu yang dinamakan time crystal. Berbeza dengan kristal biasa yang mempunyai struktur atom berulang dalam ruang, time crystal mempunyai struktur yang berulang dalam masa. Ini bermakna atom-atom dalam time crystal bergerak secara berkala tanpa henti, walaupun dalam keadaan keseimbangan terma yang paling rendah ground state . Idea ini pada mulanya dianggap mustahil kerana ia seolah-olah melanggar hukum termodinamik kedua yang menyatakan bahawa entropi sistem terpencil tidak boleh berkurang. Namun, eksperimen terkini telah membuktikan bahawa time crystal benar-benar wujud. Penemuan Awal dan Cabaran Teori Cadangan Wilczek pada tahun 2012 menimbulkan perdebatan hangat dalam kalangan fizikawan. Ramai yang berpendapat bahawa time crystal adalah mustahil kerana ia memerlukan gerakan kekal perpetual motion yang melanggar undang-undang fizik. Namun, pada tahun 2016, pasukan penyelidik dari Universiti Maryland dan Universiti Harvard berjaya mencipta versi pertama time crystal menggunakan ion ytterbium yang terperangkap dan atom nitrogen dalam berlian. Kajian ini diterbitkan dalam jurnal Physical Review Letters dan Nature. Mereka menunjukkan bahawa time crystal boleh wujud dalam sistem yang didorong secara berkala Floquet system , di mana simetri masa translasi dipecahkan secara spontan. Ini bermakna sistem berayun pada frekuensi yang berbeza daripada frekuensi pemacu, menghasilkan gerakan berkala yang stabil. Metodologi Kajian Terbaharu di Harvard dan Berkeley Pada tahun 2021, satu pasukan yang diketuai oleh Profesor Mikhail Lukin dari Universiti Harvard dan Profesor Norman Yao dari Universiti California, Berkeley menerbitkan kajian dalam jurnal Nature yang menunjukkan penciptaan time crystal dalam sistem qubit superkonduktor. Mereka menggunakan pemproses kuantum Sycamore Google untuk menyusun 20 qubit dalam corak tertentu. Dengan menggunakan denyutan gelombang mikro yang tepat, mereka berjaya mencipta keadaan di mana qubit-qubit tersebut berayun secara berkala tanpa henti, walaupun selepas denyutan dihentikan. Eksperimen ini mengesahkan bahawa time crystal adalah fasa jirim yang stabil dan boleh dihasilkan semula dalam sistem buatan manusia. Kesan Terhadap Hukum Termodinamik Penemuan time crystal mencabar pemahaman kita tentang termodinamik. Hukum termodinamik kedua menyatakan bahawa entropi sistem terpencil tidak boleh berkurang, dan gerakan kekal adalah mustahil. Namun, time crystal tidak melanggar hukum ini kerana ia tidak menghasilkan tenaga; sebaliknya, ia mengekalkan gerakan dalam keadaan keseimbangan terma yang paling rendah. Ini adalah satu bentuk pemejalan masa time crystallization yang memerlukan sistem yang didorong secara berkala dan interaksi antara zarah yang kompleks. Kajian ini membuka persoalan baru tentang sifat asas masa dan simetri dalam fizik. Aplikasi dalam Pengkomputeran Kuantum Salah satu implikasi paling menarik time crystal adalah dalam bidang pengkomputeran kuantum. Qubit dalam komputer kuantum sangat sensitif kepada gangguan luaran, yang menyebabkan ralat pengiraan. Time crystal, dengan sifatnya yang stabil dan berayun secara berkala, boleh digunakan sebagai memori kuantum yang tahan lama. Pasukan Harvard-Berkeley menunjukkan bahawa time crystal dalam sistem qubit superkonduktor boleh mengekalkan koheren kuantum untuk tempoh yang lebih lama berbanding qubit biasa. Ini berpotensi merevolusikan pembangunan komputer kuantum yang lebih stabil dan boleh dipercayai. Cabaran dan Hala Tuju Masa Depan Walaupun penemuan ini mengujakan, masih banyak cabaran yang perlu diatasi. Time crystal yang dicipta setakat ini hanya wujud dalam suhu yang sangat rendah hampir sifar mutlak dan dalam sistem yang sangat terkawal. Untuk aplikasi praktikal, saintis perlu mencari cara untuk mencipta time crystal pada suhu bilik dan dalam bahan pepejal yang lebih mudah dihasilkan. Selain itu, pemahaman teori tentang time crystal masih berkembang, dengan banyak persoalan tentang kestabilan dan interaksi antara time crystal dengan persekitaran. Kajian lanjut diperlukan untuk meneroka potensi penuhnya. Kesimpulan Time crystal adalah salah satu penemuan paling mengejutkan dalam fizik moden. Ia bukan sahaja mencabar hukum termodinamik, tetapi juga membuka pintu kepada teknologi baru dalam pengkomputeran kuantum dan pemahaman yang lebih mendalam tentang alam semesta. Penemuan oleh pasukan Harvard dan Berkeley dalam jurnal Nature pada tahun 2021 adalah bukti kukuh bahawa fasa jirim ini benar-benar wujud. Walaupun masih di peringkat awal, time crystal berpotensi mengubah cara kita berfikir tentang masa, simetri, dan jirim. Bagi pembaca di Malaysia, ini adalah satu peringatan bahawa sains sentiasa berkembang dan kadang-kadang, perkara yang dianggap mustahil boleh menjadi kenyataan.