Nous venons de faire un pas de plus vers les cristaux de temps qui peuvent être utilisés pour des applications pratiques.
De nouveaux travaux expérimentaux ont produit un cristal temporel à température ambiante dans un système qui n’est pas isolé de son environnement ambiant.
Selon les chercheurs, cela ouvre la voie à des cristaux de temps à l’échelle de la puce qui peuvent être utilisés dans des environnements réels, loin des équipements de laboratoire coûteux nécessaires pour les faire fonctionner.
“Lorsque votre système expérimental échange de l’énergie avec son environnement, la dissipation et le bruit travaillent main dans la main pour détruire l’ordre temporel”, explique l’ingénieur Hossein Taheri de l’Université de Californie à Riverside.
“Dans notre plate-forme photonique, le système établit un équilibre entre le gain et la perte pour créer et préserver des cristaux de temps.”
Les cristaux de temps, parfois aussi appelés cristaux d’espace-temps, et dont l’existence n’a été confirmée qu’il y a quelques années, sont aussi fascinants que leur nom l’indique. Ils sont une phase de la matière qui ressemble beaucoup à des cristaux ordinaires, avec une propriété supplémentaire très importante.
Dans les cristaux réguliers, les atomes constitutifs sont disposés dans une structure de grille tridimensionnelle fixe – le réseau atomique d’un diamant ou d’un cristal de quartz en est un bon exemple. Ces réseaux répétitifs peuvent avoir des configurations différentes, mais au sein d’une formation donnée, ils ne se déplacent pas beaucoup ; ils ne font que se répéter dans l’espace.
Dans les cristaux de temps, les atomes se comportent un peu différemment. Ils oscillent, tournant d’abord dans un sens, puis dans l’autre. Ces oscillations – appelées « tic-tac » – sont verrouillées sur une fréquence régulière et particulière. Là où la structure des cristaux réguliers se répète dans l’espace, dans les cristaux de temps, elle se répète dans l’espace et dans le temps.
Pour étudier les cristaux de temps, les scientifiques utilisent souvent des condensats de Bose-Einstein de quasiparticules de magnon. Ceux-ci doivent être maintenus à des températures extraordinairement basses, très proches du zéro absolu. Cela nécessite un équipement de laboratoire très spécialisé et sophistiqué.
Dans leurs nouvelles recherches, Taheri et son équipe ont créé un cristal temporel sans surfusion. Leurs cristaux temporels étaient des systèmes quantiques entièrement optiques créés à température ambiante. Ils ont d’abord pris un minuscule microrésonateur, un disque en verre de fluorure de magnésium d’à peine un millimètre de diamètre. Ensuite, ils ont bombardé ce microrésonateur optique avec les faisceaux de deux lasers.
Les pointes sous-harmoniques auto-préservées (solitons) qui résultaient des fréquences générées par les deux faisceaux laser indiquaient la création de cristaux de temps. Le système crée un piège à réseau rotatif pour les solitons optiques qui affichent ensuite la périodicité.
Pour maintenir l’intégrité du système à température ambiante, l’équipe a utilisé le verrouillage par auto-injection, une technique qui garantit que la sortie du laser maintient une certaine fréquence optique. Cela signifie que le système pourrait être déplacé hors du laboratoire et utilisé pour des applications sur le terrain, selon les chercheurs.
En plus des futures explorations potentielles des propriétés des cristaux de temps, telles que les transitions de phase et les interactions des cristaux de temps, le système pourrait être utilisé pour prendre de nouvelles mesures du temps lui-même. Les cristaux de temps pourraient même être intégrés, un jour, dans des ordinateurs quantiques.
“Nous espérons que ce système photonique pourra être utilisé dans des sources de radiofréquence compactes et légères avec une stabilité supérieure ainsi que dans le chronométrage de précision”, a déclaré Taheri.
Les recherches de l’équipe ont été publiées dans Nature Communications.
