Cristal temporel

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Un cristal temporel est une structure périodique dans le temps et l'espace.

Il étend l'idée de cristal dans quatre dimensions[1],[2], autrefois considéré comme impossible[3].

Histoire et définition du concept[modifier | modifier le code]

L'idée d'une telle structure a été proposée par Frank Wilczek en 2012[4]. Selon ce dernier, il est possible de concevoir une structure composée d'un groupe de particules se déplaçant et retournant périodiquement à leur état d'origine, qui formeraient un « cristal temporel ». L'expression est forgée à partir de ce qui est observé dans un cristal « classique », dont la structure atomique montre une répétition d'un motif dans les différentes directions de l'espace. Dans un cristal temporel, en revanche, la répétition du motif se fait de manière périodique dans le temps, à la manière d'un oscillateur.

Selon Wilczek, cette idée est toutefois à distinguer d'un mouvement perpétuel (proscrit par les lois de la physique) car le cristal temporel n'émet aucune énergie, notamment par rayonnement de son énergie de rotation[5]. Cependant, une telle construction ne peut exister à l'équilibre thermodynamique[6].

Aussi, seule une excitation périodique externe peut faire apparaître un cristal temporel, qui absorbe cependant de l'énergie, contrairement à la proposition de Frank Wilczek. Une étude menée par Vedika Khemani montre l'existence d'une structure de phases complexes où l'énergie est absorbée venant de l'excitation périodique externe avec une saturation par localisation de PW Anderson généralisée[Quoi ?] en des états localisés de systèmes complexes désordonnés[Ce passage est incompréhensible.][7].

Cristaux temporels expérimentaux[modifier | modifier le code]

En octobre 2016, des chercheurs de l'université du Maryland déclarent avoir créé le premier cristal temporel discret (discrete time crystal, ou DTC)[8] à partir d'une chaîne de dix ions 171Yb+ (ytterbium) dans un piège de Paul. Un des deux états de spin a été sélectionné par une paire de faisceau laser. Les chercheurs ont observé des oscillations périodiques et synchronisées des spins étudiés[9],[10]. À la différence des atomes de cristaux normaux, qui sont stables (c'est-à-dire résistants aux changements dans l'espace), les cristaux temporels ne peuvent exister à l'équilibre thermique (dans un système hors d'équilibre de type Floquet soumis à une excitation périodique qui donne des corrélations temporelles à des fréquences sous harmoniques de l'excitation) et donc nécessitent pour maintenir leurs oscillations un apport extérieur d'énergie qui fait apparaître les oscillations du cristal temporel, dans des conditions intrinsèques hors d'équilibre[11]. Cette découverte présente un intérêt pour l'informatique quantique[3],[12].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. (en) Bob Yirka, « Physics team proposes a way to create an actual space-time crystal », Phys.org, (consulté le 15 juillet 2012).
  2. (en) Natalie Wolchover, « Perpetual Motion Test Could Amend Theory of Time », The Simons Foundation, (consulté le 29 avril 2013).
  3. a et b (en) Enter the time crystal, a new form of matter, Science Mag, 9 mars 2017.
  4. (en) Frank Wilczek, « Quantum Time Crystals », Physical Review Letters, vol. 109, no 16,‎ , p. 160401 (DOI 10.1103/PhysRevLett.109.160401, lire en ligne).
  5. (en) FC Kentucky, « How to Build A Space-Time Crystal », Technology Review, MIT, (consulté le 18 juillet 2012).
  6. (en) Haruki Watanabe et Masaki Oshikawa, « Absence of Quantum Time Crystals », Physical Review Letters, vol. 114, no 25,‎ (DOI 10.1103/PhysRevLett.114.251603, lire en ligne).
  7. Vedika Khemani, Achilleas Lazarides, Roderich Moessner et S. L. Sondhi, « Phase Structure of Driven Quantum Systems », Physical Review Letters, vol. 116, no 25,‎ , p. 250401 (DOI 10.1103/PhysRevLett.116.250401, lire en ligne)
  8. (en) « Physicists Create World’s First Time Crystal », MIT Technology Review,‎ (lire en ligne).
  9. (en) « Observation of a Discrete Time Crystal », Nature, vol. 1609,‎ , arXiv:1609.08684 (DOI 10.1038/nature21413, Bibcode 2016arXiv160908684Z, arXiv 1609.08684v1, lire en ligne).
  10. (en) N. Y. Yao, A. C. Potter, I.-D. Potirniche et A. Vishwanath, « Discrete Time Crystals: Rigidity, Criticality, and Realizations », Physical Review Letters, vol. 118, no 3,‎ (DOI 10.1103/PhysRevLett.118.030401, lire en ligne).
  11. (en) Elizabeth Gibney, « The quest to crystallize time », Nature, vol. 543, no 7644,‎ , p. 164–166 (DOI 10.1038/543164a).
  12. Sean Bailly, « Les cristaux temporels, pas si réels », Pourlascience.fr,‎ (lire en ligne)

Articles connexes[modifier | modifier le code]