Tóm tắt bài viết
Các nhà nghiên cứu tin tưởng rằng quy trình này không chỉ áp dụng cho kim cương mà còn có thể mở rộng sang nhiều loại vật liệu khác.
Kể từ khi được phát hiện trên lý thuyết vào năm 2012, tinh thể thời gian đã trở thành chủ đề trung tâm trong các cuộc thảo luận về cách cải thiện máy tính lượng tử.
Trong khi kim cương, băng hay bất kỳ chất rắn nào khác đều có cấu trúc mạng tinh thể lặp lại trong không gian (có thể gọi là “tinh thể không gian”), thì tinh thể thời gian – đúng như tên gọi – lại dao động theo những chu kỳ vĩnh cửu trong thời gian. Theo các nhà khoa học, chính đặc tính này khiến chúng trở thành ứng viên lý tưởng cho bộ nhớ lượng tử ổn định và các mạch lượng tử gần như không có lỗi, từ đó có thể cải thiện mạnh mẽ hiệu suất của máy tính lượng tử.
Tuy nhiên, hiểu biết của con người về tinh thể thời gian vẫn còn rất hạn chế – phải đến đầu năm nay chúng ta mới lần đầu “nhìn thấy” cách chúng vận hành. Điều chắc chắn duy nhất là không phải mọi tinh thể thời gian đều giống nhau. Chẳng hạn, có tinh thể thời gian rời rạc (được kích thích từ bên ngoài) và tinh thể thời gian liên tục (tự duy trì), cùng với nhiều đặc tính khác vượt ra ngoài hai phân loại này.
Một nghiên cứu mới đăng trên tạp chí Nature Physics đã mở rộng khái niệm này với việc giới thiệu tinh thể thời gian rondeau, một trạng thái vật chất mới vừa có trật tự thời gian tầm xa, vừa tồn tại sự hỗn loạn ở các khoảng thời gian ngắn, theo Phys.org.
“Động lực của nghiên cứu này bắt nguồn từ cách mà trật tự và biến thiên cùng tồn tại trong nghệ thuật và tự nhiên,” ông Leo Moon, nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Đại học California Berkeley và là đồng tác giả của công trình, chia sẻ với Phys.org. “Những hoa văn tuần hoàn lặp lại thường xuất hiện trong các hình thức nghệ thuật sơ khai vì tính đơn giản của chúng, trong khi âm nhạc và thi ca phát triển hơn lại xây dựng những biến thể phức tạp trên một nền đơn điệu”.
Trên thực tế, chính một hình thức nghệ thuật đã truyền cảm hứng cho tên gọi của t vrạng tháiật chất mới này. Rondo (hay rondeau theo cách gọi của các nhà soạn nhạc Pháp thời kỳ đầu) là một chủ đề lặp lại, xen kẽ các biến thể. Ví dụ nổi tiếng nhất có lẽ là tác phẩm Rondo alla Turca của Mozart.
Liên hệ với vật lý, Phys.org chỉ ra rằng các mạng tinh thể thông thường cũng có thể đồng thời chứa trật tự và hỗn loạn: trong băng, các nguyên tử oxy tạo thành mạng lặp lại, còn các hạt nhân hydro thì phân bố ngẫu nhiên. “Băng có vị trí oxy có trật tự nhưng các liên kết hydro thì hỗn loạn, và chính sự ngẫu nhiên cục bộ này mang thông tin cấu trúc”, ông Moon giải thích.
Để khám phá trạng thái thời gian kỳ lạ này, nhóm nghiên cứu sử dụng các nguyên tử carbon-13 trong kim cương, nơi tồn tại các khiếm khuyết dưới dạng nguyên tử nitơ nằm cạnh các vị trí trống trong mạng tinh thể. Những khiếm khuyết này được gọi là trung tâm nitơ–lỗ trống (NV), và khi được chiếu laser, chúng trở nên phân cực spin.
Bằng cách kết hợp các xung vi sóng tăng cường phân cực với các xung “khóa spin” bảo vệ cùng những xung đảo chiều phân cực được căn thời gian chính xác, nhóm của ông Moon đã tạo ra một tinh thể rondeau. Đáng chú ý, các nhà khoa học còn thành công trong việc lưu trữ thông tin trong các xung thời gian này bằng ASCII – một chuẩn mã hóa ký tự.
“Dù thí nghiệm của chúng tôi tập trung vào spin hạt nhân trong kim cương, khái niệm nền tảng này có thể áp dụng ngay cho một loạt rộng các nền tảng mô phỏng lượng tử”, các tác giả viết trong nghiên cứu. “Thí nghiệm mở ra một hướng đi đầy hứa hẹn để khảo sát trật tự theo thời gian, cho thấy sự cùng tồn tại ổn định và lâu dài giữa trật tự thời gian tầm xa và sự hỗn loạn vi mô ở các thang thời gian ngắn”.
Theo PM
