Cristales de tiempo son una nueva fase de la materia. Un ordenador cuántico confirmó que existe un nuevo estado de la materia llamado cristal de tiempo. Es una especie de máquina de movimiento perpetuo que revoluciona la física fundamental; y sugiere que puede haber nuevos regímenes anómalos en la estructura atómica de muchos cuerpos.

Investigadores de la Universidad de Stanford; de Google Quantum AI; del Instituto Max Planck de Física de Sistemas Complejos; y de la Universidad de Oxford; crearon un cristal de tiempo utilizando el hardware de computación cuántica Sycamore de Google.

De acuerdo con el portal Tendencias21, un cristal de tiempo es una nueva fase de la materia, predicha en 2012 por el Premio Nobel de Física, Frank Wilczek; cuya estructura atómica se repite, no solo a través del espacio, sino también a través del tiempo.

De esta manera, los átomos de los sólidos cristalinos, como el diamante, están dispuestos de forma ordenada; formando un patrón que se repite a lo largo del espacio que ocupan.

Los físicos llevan casi una década preguntándose si podrían existir también sólidos cristalinos; cuya estructura atómica podría repetirse también a través del tiempo. A esta hipotética estructura lo llamaron cristales de tiempo.

Paradoja cuántica

Si existiera, el cristal de tiempo debería ser capaz de conseguir algo paradójico: conservar la estabilidad atómica propia de los sólidos cristalinos; pero al mismo tiempo cambiar su estructura cristalina de forma periódica, recuperando su configuración inicial después de esta transformación.

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Eso significaría que, mientras que los diamantes pueden ser eternos, porque conservan intacta su estructura atómica; los cristales de tiempo estarían cambiando eternamente, sin ningún aporte adicional de energía, como un reloj que funciona para siempre sin pilas.

Serían como una especie de máquina de movimiento perpetuo que se beneficia del principio de conservación de la energía; pero que viola a la vez el segundo principio de la termodinámica, según el cual la energía ni se crea ni se destruye: simplemente se transforma.

Cristal de tiempo cuántico

La nueva investigación constató que esa sorprendente fase de la materia realmente existe; y es diferente a las fases sólida, líquida, gaseosa y plasmática.

También que es diferente del Condensado de Bose-Einstein, otro estado de la materia que se obtiene cuando determinados materiales alcanzan temperaturas cercanas al cero absoluto. En ese momento, sus átomos se convierten en una entidad única con propiedades cuánticas.

La confirmación de los cristales de tiempo se ha conseguido gracias a un ordenador cuántico; culminando así un largo proceso de investigaciones previas que abrieron camino hasta el hallazgo conseguido ahora.

Por alguna razón, Wilczek llamó a esta fase que había imaginado cristal de tiempo cuántico. Ha sido necesario recurrir al procesador Sycamore de Google para confirmar su existencia; pues es capaz de realizar en solo 200 segundos una tarea para la que el superordenador más rápido del mundo necesitaría 10.000 años.

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Laboratorio cuántico

Para conseguirlo, los investigadores trataron a este ordenador cuántico como un laboratorio; para probar si el cristal de tiempo propuesto cumplía con ciertos requisitos.

El resultado obtenido es el primero en verificar experimentalmente que una fase de la materia puede existir fuera del equilibrio térmico, destaca Physic World.

Asimismo, es la primera vez que todos los requisitos para una fase de desequilibrio de la materia se verificaron rigurosamente.

Pero también hay otro resultado indirecto no menos relevante; que incluso los procesadores cuánticos de escala intermedia (NISQ), como Sycamore, tienen importantes implicaciones para nuestra comprensión de la física.

Nuevas oportunidades

Eso significa que esta investigación sienta las bases fundamentales para el uso de dispositivos NISQ en el estudio de los fenómenos de desequilibrio; según los científicos.

Al respecto, los investigadores destacan en un comunicado que la importancia de su hallazgo radica, no solo en la creación de una nueva fase de la materia; sino también en la apertura de oportunidades para explorar nuevos regímenes en el campo de la física de la materia condensada. Que estudia las características físicas macroscópicas de la materia.

Añaden que los resultados de Sycamore proporcionan un punto de referencia práctico para otros experimentos; basados ​​en procesadores cuánticos combinados con computación clásica.

Modelo para el futuro

De hecho, consideran que solo han estudiado un pequeño rincón de la física posible; y que los procesadores cuánticos permiten que regímenes físicos completamente nuevos sean accesibles y relevantes.

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Finalmente, dijeron que la computación cuántica se configura como la plataforma necesaria para el desarrollo de la física fundamental; potencialmente capaz de descubrir fenómenos que incluso ni siquiera se han imaginado todavía.

La autora principal de esta investigación es Vedika Khemani, profesora asistente de física en la Universidad de Stanford. Fue galardonada este año con el premio New Horizons in Physics de la Breakthrough Prize Foundation; “por su trabajo teórico pionero en la formulación de nuevas fases de materia cuántica que no está en equilibrio, incluidos los cristales de tiempo”.

Cristales de tiempo son una nueva fase de la materia

Foto: Cortesía

Fuente: Tendencias21

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