Вы, вероятно, хорошо знакомы с основными состояниями материи (твердым, жидким, газообразным), которыми наполнена повседневная жизнь на Земле. Но эти три разных вида, каждый из которых выглядит и действует по-разному, не составляют всю Вселенную. Ученые открыли (или создали) десятки более экзотических состояний материи, часто носящих мистические и причудливые названия — сверхтекучие жидкости, конденсаты Бозе-Эйнштейна, вырожденная нейтронами материя, — и это лишь некоторые из них. В последние несколько лет физики всего мира создавали другое состояние материи: «кристалл времени». Если раньше это было похоже на техническую болтовню из фильмов категории «В», то теперь это реальность. Используя квантовый компьютер, несколько исследователей создали кристалл времени, который, по их мнению, прочно закрепил положение нового состояния материи в мире физики. Ученые из Стэнфорда и ряда других американских университетов еще не опубликовали официально свое исследование, но уже разместили научную статью, которая ожидает проверки. Так что же такое кристалл времени? Это может звучать как критически важный компонент, который заставляет машину времени работать, какой-то футуристический источник энергии или, возможно, артефакт потерянной инопланетной цивилизации. Но для ученых кристалл времени на самом деле является чем-то более тонким: диковинкой законов физики. Любой стандартный кристалл (такой как алмаз, изумруд или даже кубик льда) определяет то, что его атомы каким-то образом расположены в повторяющихся узорах в пространстве. Есть три основных измерения пространства, четвертое измерение — время. Поэтому физики задавались вопросом, можно ли расположить атомы кристалла в повторяющиеся во времени узоры. На практике это работает примерно следующим образом. Вы создаете кристалл, атомы которого находятся в одном состоянии. Если вы взорвете этот кристалл с помощью точно настроенного лазера, атомы могут перейти в другое состояние, затем обратно, и так далее — без фактического поглощения энергии лазера. Допустим, вы сделаете шаг назад, и то, что вы только что создали, является состоянием материи, которое постоянно находится в бесконечном движении, не поглощая никакой энергии. Это противоречит одному из самых священных принципов классической физики — второму закону термодинамики. Закон гласит, что количество энтропии или беспорядка всегда имеет тенденцию к увеличению. Думайте об этом как о вазе, балансирующей на краю стола. Вселенная хочет толкнуть эту вазу и разбить ее об пол. Чтобы собрать все воедино, вы должны приложить энергию. Кристаллы времени на самом деле являются довольно новой идеей, впервые предложенной в 2012 году лауреатом Нобелевской премии физиком Фрэнком Вильчеком. В то время не все физики принимали эту теорию, а некоторые даже утверждали, что второй закон термодинамики даст о себе знать. Естественно, целеустремленные исследователи нашли лазейки. В 2016 году физикам из Мэрилендского университета удалось собрать необработанный кристалл времени из набора атомов иттербия. Другие группы создали кристаллы времени внутри алмазов. Но мастера кристаллов времени сделали нечто иное. Они обратились в Google за квантовым компьютером — это устройство, которое использует преимущества квантовой механики, кажущейся мистической разновидностью физики, управляющей Вселенной до мельчайших масштабов. Вместо кусочков кремния, как в обычных «классических» компьютерах, квантовые компьютеры работают напрямую с атомами или частицами. Это позволяет ученым проводить эксперименты, поскольку квантовая физика, которая дает возможность частицам взаимодействовать на невозможных расстояниях, становится довольно эзотерической. «Моделировать правила становится намного сложнее с традиционными компьютерами», — говорит исследователь квантовых компьютеров в национальной лаборатории Fermilab Габриэль Пердью. Упорядочивая частицы в процессоре квантового компьютера, можно буквально изучать системы крошечных частиц, как если бы они были строительными блоками. Это мощная способность, и ее не так часто можно увидеть в неквантовом мире. «Вы знаете, мы не вычисляем путем создания миниатюрных бейсболистов и моделирования, как далеко улетит бейсбольный матч», — говорит Пердью. Но, по его словам, исследователи использовали квантовый компьютер Google, чтобы воссоздать что-то похожее в очень маленьком масштабе — сделать время кристаллом. В этом случае физики могли взять атомы, переставить их, а затем подать на них импульс лазером, чтобы запустить кристалл времени. Эта установка позволила исследователям создать кристалл времени, который больше, чем любые его предшественники. В то время как многие предыдущие кристаллы были недолговечными и распадались за несколько циклов движения, ученые, стоящие за новой попыткой, удивляются стабильности того, что они создали. Габриэль Пердью считает самым захватывающим во всем процессе демонстрацию использования квантового компьютера для реального моделирования системы квантовой физики и ее изучения. Но действительно ли эти кристаллы могут привести к новой зарождающейся волне машин времени? Скорее всего, нет. Однако они помогут сделать квантовые компьютеры более надежными. Инженеры годами пытались создать что-то, что могло бы служить памятью в квантовых компьютерах; нечто вроде кремния, лежащего в основе традиционных компьютеров. Физики считают, что кристаллы времени подойдут для этой цели. По материалам статьи «What the heck is a time crystal, and why are physicists obsessed with them?» Popular Science