De récentes expériences ont permis d’obtenir les premiers cristaux temporels dans un système n’étant pas isolé de son environnement ambiant. Une telle percée ouvre la voie à l’utilisation pratique de tels dispositifs.
Une première
Les cristaux temporels, dont l’existence n’a été confirmée que récemment, sont aussi fascinants que leur nom le suggère. Alors que les atomes composant leurs homologues ordinaires (comme le quartz ou le diamant) sont organisés sous forme de grille tridimensionnelle fixe, avec des motifs cristallins se répétant uniquement dans l’espace, l’état de ces particules oscille périodiquement dans les cristaux temporels, dont la structure se répète par conséquent à la fois dans l’espace et le temps. Ce qui se traduit par un mouvement perpétuel, sans aucun apport d’énergie.
Afin d’étudier cette phase étrange de la matière, les scientifiques utilisent souvent des condensats de Bose-Einstein de quasi-particules de magnon, devant être maintenus à des températures proches du zéro absolu à l’aide d’équipements de laboratoire sophistiqués.
Dans le cadre de travaux publiés dans la revue Nature Communications, Hossein Taheri et ses collègues de l’université de Californie sont parvenus à créer les premiers cristaux temporels à température ambiante, en bombardant un minuscule micro-résonateur optique (un disque en verre de fluorure de magnésium d’un millimètre de diamètre seulement) avec deux faisceaux laser indépendants. L’observation de pics sous-harmoniques, indiquant une rupture de la symétrie temporelle, a permis de confirmer sa création.
Le maintien de l’intégrité du système a impliqué une technique connue sous le nom d’auto-injection, garantissant que les faisceaux laser conservent une certaine fréquence optique et ouvrant par conséquent la voie à l’utilisation de cristaux temporels hors des laboratoires.
Différentes applications envisagées
Outre l’exploration des propriétés de ces cristaux (telles que les transitions de phase) et de leurs interactions, qui pourraient être potentiellement exploitées par les ordinateurs quantiques, le système pourrait être utilisé pour effectuer de nouvelles mesures du temps lui-même.
« 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 Taheri. « Dans notre plateforme photonique, le système trouve un équilibre entre le gain et la perte pour créer et préserver les cristaux de temps. »
« Nous espérons que ce système photonique pourra être utilisé dans des sources de radiofréquence compactes et légères présentant une stabilité supérieure, ainsi que dans le chronométrage de précision », conclut le chercheur.
