Erstmals wurden 2 Zeitkristalle verbunden

Wissenschaftler*innen ist es gelungen, 2 Zeitkristalle miteinander zu verbinden. Damit kommt man dem Ziel, Quantencomputer ohne aufwändige Kühlsysteme zu bauen, einen Schritt näher. 

Normale Kristalle wiederholen ihre Struktur im dreidimensionalen Raum in alle Richtungen, wenn sie wachsen. Zeitkristallle ändern ihren Zustand zusätzlich in regelmäßigen Zeitintervallen und kehren immer wieder zu ihrem Ausgangszustand zurück. Man kann sich das vorstellen wie ein Eiswürfel, der immer wieder schmilzt und dann wieder in seinen gefrorenen Zustand zurückkehrt. 

Phänomen Zeitkristall

Zeitkristalle oszillieren also konstant in einer sich wiederholenden Bewegung, dem "Ticken". Dafür muss theoretisch keine Energie zugeführt werden, was eigentlich den Gesetzen der Thermodynamik widerspricht. Die Zeitkristalle, die tatsächlich geschaffen werden konnten, werden allerdings mit Energie angeregt.

2016 konnte erstmals das Prinzip der Zeitkristalle bewiesen werden. Google konnte 2021 einen Zeitkristall erschaffen (mehr dazu hier). 2021 konnte zudem ein Forscher*innen-Team einen Zeitkristall bei Raumtemperatur erschaffen. Das "ticken" dieses Zeitkristalls wurde auf Video festgehalten:

Verbindung von Zeitkristallen

Nun hat es ein internationales Team von Wissenschaftler*innen der Lancaster Universität, des Royal Holloway London, des Landau Instituts in Moskau und der Aalto Universität in Helsinki geschafft, 2 solche Zeitkristalle miteinander zu verbinden. Die Ergebnisse veröffentlichten sie im Fachmagazin nature. 

Die beiden Zeitkristalle berührten sich und es fand eine Wechselwirkung statt. Aus ihnen wurde ein System, das in 2 diskreten Zuständen funktioniert. Das legt den Grundstein für die Verwendung von Zeitkristallen in Quantencomputern. 

Zeitkristalle als Qubits

Die in Quantencomputern verwendeten Qubits zeichnen sich dadurch aus, dass sie gleichzeitig mehrere Zustände annehmen können. Erst bei einer Messung entscheiden sie sich für den einen oder den anderen Zustand.

Durch die Verknüpfung von mereren Zeitkristallen, könnten diese potenziell als Qubits eingesetzt werden. Der Vorteil wäre, dass zukünftige Zeitkristall-Qubits bei Zimmertemperatur existieren könnten, während derzeitige Quantencomputer stark gekühlt werden müssen.

Beim aktuellen Versuchsaufbau wurden aber die diskreten Zeitkristalle aus dem Isotop Helium-3 erstellt. Die Atome wurden dafür auf -273,15 Grad Celcius heruntergekühlt, also kurz vor dem absoluten Nullpunkt. Dadurch wird Helium-3 superfluid. Das bedeutet, sie werden zu einer Flüssigkeit, die keine innere Reibung hat.

Damit entsteht ein Bose-Einstein-Kondensat. In diesem herrschen die Regeln der Quantenphysik vor, etwa die Verschränkung von Atomen (mehr dazu hier).

Quantencomputer bei Zimmertemperatur?

Das ist auch bei Qubits so, die aus Elektronen, Photonen oder Ionen bestehen. Dass Zeitkristalle aber auch bei Zimmertemperatur funktionieren, könnte zukünftig ganz neue Bauarten von Quantencomputern ermöglichen. Denn die lusterartige Bauweise, die man etwa von Googles Quantencomputer kennt, ist hauptsächlich der Kühlschrank für den winzigen Quantenchip, der ganz unten hängt.