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‘네이처’에 따르면 새로운 물질의 형태인 ‘타임 크리스탈(time crystal)’을 세계 최초로 관측하는 데 성공했다. 이번 연구는 시공간을 어떻게 이해할 것인지에 대한 근본적인 질문을 던지는 성과인 동시에, 가까운 미래에 양자컴퓨터나 양자정밀계측 등의 개발을 위한 원천기술로 응용될 수 있을 것으로 학계에서는 기대하고 있다.
그간 세계 물리학자들은 자연계에 존재하는 물질 속에서 ‘대칭성 ’이 어떻게 깨질 수 있는지 연구해왔다. 가령 물질이 액체나 기체상태에서 고체로 변하는 것은 원자와 분자가 자유롭게 떠다니다가 규칙적으로 배열되면서 결정구조를 갖는 것인데, 물리학자들은 이를 ‘공간에 관한 대칭성이 깨진다’고 표현한다. 자연에서 볼 수 있는 현상들은 대부분 대칭성이 깨지는 원리로 설명할 수 있다.
2012년 노벨 물리학상 수상자인 미국 매사추세츠공대(MIT)의 프랑크 윌첵 교수는 공간이 아닌 시간상에서도 대칭성이 깨지는 ‘타임 크리스탈’이 구현 가능하다고 주장해왔다. 이후 많은 물리학자들은 타임 크리스탈 구현을 시도해왔지만, 통상적인 방법으로는 불가능하다는 결론을 내렸다. 결국 이번에 다이아몬드 속에 존재하는 인공 원자 100만 개를 사용하는 방법을 이용하여 성공했다. 네이처는 ‘하버드팀이 통계물리학으로 설명되지 않는 새로운 양자역학적 물질의 상태를 구현해낸 것은 세계 최초이며, 상당히 이례적’이라고 평가했다. 그 성질에 대한 이해는 아직 초기 단계다.
그들은 이테르븀 이온을 사용하여 특정 공간에서 이들을 국부화시킨 평형 상태가 아닌 상태에서 서로 얽혀 서로 상호 작용하는 스핀을 사용했습니다. 그런 다음 레이저를 사용하여 특정 이테르븀 이온의 스핀을 차례로 변경하여 연속 진동을 생성했습니다.
결과는 놀라운 것이 었습니다. 양자 시스템을 관찰하고 허용 한 후에, 연속적인 상호 작용이 원래 기간의 두 배에 걸쳐 일어나고있었습니다. 그 기간에는 아무런 추진력도 없기 때문에, 시간 대칭이 깨져야만한다는 것이 유일한 설명이며, 따라서 더 긴 기간을 허용합니다.
시간 결정은 물리적 인 법칙에서 일종의 허점으로 존재합니다. 에너지 소비가 없는 운동으로 존재합니다 - 시간 변환 대칭의 자발적인 파괴 - 이제는 시간에 관찰 가능하게 되었습니다. 그러나, 시간 결정에 의해 만들어진 운동만큼이나 에너지를 소비하지 않으며, 그것도 생성 할 수 없습니다. 또한 Tech Review에 따르면 "물론 이 운동에서 에너지를 끌어낼 수는 없으며 이는 에너지 보존에 위배됩니다."
불과 몇 년 만에 처음으로 불가능하다고 생각되었던 것은 이론적으로는 가능성이 있다고 설명되었고 실제로 가능하다는 것이 증명되었습니다. 시간 결정의 존재는 양자 메모리 문제를 해결 하고 양자 컴퓨팅 연구를 더욱 촉진 할 수 있습니다.