Ученые экспериментально подтвердили существование двумерных дискретных кристаллов времени — экзотического состояния материи, структура которого периодически повторяется во времени.
Физики впервые создали двумерный кристалл времени на квантовом компьютере, доказав реальность этого экзотического состояния материи, ранее существовавшего лишь в теории. Для эксперимента использовали квантовый процессор IBM Heron r2, задействовав 144 из 156 кубитов, организованных в шестиугольную решетку.
Кристаллы времени отличаются от обычных пространственных кристаллов тем, что их структура повторяется не в пространстве, а во времени. Частицы в таком объекте ритмично колеблются между состояниями через равные промежутки, не потребляя энергии, что является примером спонтанного нарушения временной симметрии. Ранее ученым удавалось создавать лишь одномерные версии таких кристаллов; создание двумерной, плоской структуры считалось значительно более сложной задачей из-за склонности систем к разрушению и переходу в хаос.
В эксперименте между кубитами создали особые анизотропные взаимодействия по модели Гейзенберга, а система подвергалась периодическим внешним импульсам. В результате кубиты вошли в стабильный ритм, демонстрируя устойчивый субгармонический отклик — ключевой признак кристалла времени. Ритм сохранялся долгое время, несмотря на шумы квантового процессора. Анализ фазовых переходов и измерение квантовой информации Фишера подтвердили, что в системе реализован механизм многочастичной локализации, который эффективно блокирует тепловое равновесие и предотвращает разрушение порядка.
Исследование расширяет понимание квантовой термодинамики и доказывает, что экзотические фазы материи можно поддерживать даже в сложных двумерных системах. Работа также предоставляет ученым подтвержденный инструмент для изучения неравновесных состояний вещества на существующих квантовых процессорах.