물리학자들이 시공간 결정을 만들고 그것이 녹는 것을 관찰했다

물리학자들이 시공간 결정(공간과 시간 모두에서 반복되는 새로운 물질 상태)을 만들고 그것이 녹는 것을 관찰하는 최초의 실험을 수행했다. 캘리포니아 대학교 리버사이드와 시카고 대학교 연구진이 보고한 이 성과는 이러한 이국적인 상태가 실제 조건에서 어떻게 행동하는지 이해하는 중요한 진전을 의미한다.

시공간 결정은 자기장에 갇히고 절대 영도에 가깝게 냉각된 이온(하전된 원자) 사슬을 사용하여 구축되었다. 정밀하게 타이밍이 맞춰진 레이저 펄스를 적용함으로써 팀은 시간과 공간 모두에서 진동하는 패턴을 유도하여 4차원에 존재하는 결정을 형성했다. 이 구조는 공간에서만 반복되는 일반 결정과는 구별된다.

이 실험이 중요한 이유는 2012년에 처음 제안된 시공간 결정이 대칭성과 시간에 대한 근본적인 개념에 도전하기 때문이다. 시간적 질서의 상실인 용융을 관찰함으로써 시간-병진 대칭성 깨짐이 어떻게 방해받을 수 있는지에 대한 통찰을 제공하며, 이는 양자 컴퓨팅과 정밀 시간 측정에 잠재적인 영향을 미친다.

2023년 3월 8일 *Nature Physics*에 발표된 연구에 따르면, 결정은 녹기 전에 약 100밀리초 동안 지속되었다. 연구진은 이온의 양자 상태를 추적하여 용융 과정을 측정했으며, 시간적 질서가 갑작스럽게가 아니라 점진적으로 붕괴됨을 확인했다. 주저자 Dr. Kateryna Murch는 용융이 환경과의 상호작용에 의해 촉발되었으며, 이는 노이즈를 도입하고 섬세한 양자 결맞음을 방해한다고 설명했다.

이 연구는 다이아몬드 불순물 및 초전도 큐비트와 같은 다른 시스템에서 시간 결정을 만들기 위한 이전의 노력을 기반으로 하지만, 시공간 결정의 용융을 직접 관찰한 것은 이번이 처음이다. 팀은 이제 환경적 교란으로부터 더욱 격리하여 결정을 더 오랜 기간 안정화하는 방법을 모색할 계획이다. 이러한 발전은 공간과 시간 모두에 정보를 저장하는 강력한 양자 메모리 장치로 이어질 수 있다.