物理学者が時空結晶を作り、その融解を観察

物理学者たちは、空間と時間の両方で繰り返される新しい物質相である時空結晶を作成し、その融解を観察することに成功した。これは初めての実験である。カリフォルニア大学リバーサイド校とシカゴ大学の研究者らが報告したこの成果は、このようなエキゾチックな状態が現実の条件下でどのように振る舞うかを理解する上で重要な一歩となる。

時空結晶は、磁場に閉じ込められ絶対零度近くまで冷却されたイオン（帯電した原子）の鎖を用いて構築された。精密にタイミングを合わせたレーザーパルスを適用することで、チームは時間的にも空間的にも振動するパターンを誘発し、4次元に存在する結晶を形成した。この構造は、空間のみで繰り返される通常の結晶とは異なる。

この実験が重要なのは、2012年に初めて提案された時空結晶が、対称性と時間の基本的な概念に挑戦するからである。その融解（時間的秩序の喪失）を観察することで、時間並進対称性の破れがどのように乱されるかについての洞察が得られ、量子コンピューティングや精密な時間計測に潜在的な影響を与える。

2023年3月8日に『Nature Physics』に掲載された研究によると、結晶は融解するまで約100ミリ秒持続した。研究者らはイオンの量子状態を追跡することで融解過程を測定し、時間的秩序が急激ではなく徐々に減衰することを確認した。筆頭著者のKateryna Murch博士は、融解は環境との相互作用によって引き起こされ、ノイズが導入されて微妙な量子コヒーレンスが乱されたと説明した。

この研究は、ダイヤモンド不純物や超伝導量子ビットなどの他のシステムで時間結晶を作成するこれまでの取り組みに基づいているが、時空結晶の融解を直接観察したのはこれが初めてである。チームは現在、環境擾乱からさらに隔離することで、結晶をより長期間安定させる方法を探求する計画である。そのような進歩は、空間と時間の両方に情報を保存する堅牢な量子メモリデバイスにつながる可能性がある。