O fa­sico Norman Yao, da UC Berkeley, descreveu pela primeira vez hácinco anos como fazer um cristal do tempo - uma nova forma de matéria cujos padraµes se repetem no tempo em vez do Espaço. Ao contra¡rio dos cristais de esmeralda ou rubi, entretanto, esses cristais de tempo existiram por apenas uma fração de segundo.

Mas chegou a hora dos cristais do tempo. Desde a proposta original de Yao, novos insights levaram a  descoberta de que os cristais do tempo vão em muitas formas diferentes, cada uma estabilizada por seu pra³prio mecanismo distinto.

Usando novas arquiteturas de computação qua¢ntica, vários laboratórios chegaram perto de criar uma versão localizada de muitos corpos de um cristal de tempo, que usa desordem para manter qubits qua¢nticos acionados periodicamente em um estado conta­nuo de agitação subarma´nica - os qubits oscilam, mas apenas uns aos outros período da movimentação.

Em um artigo publicado na revista Science na semana passada, Yao e colegas da QuTech - uma colaboração entre a Delft University of Technology e o TNO, um grupo de pesquisa independente na Holanda - relataram a criação de um cristal de tempo discreto localizado de muitos corpos que durou por cerca de oito segundos, correspondendo a 800 períodos de oscilação. Eles usaram um computador qua¢ntico baseado em um diamante, onde os qubits - bits qua¢nticos, o anala³gico dos bits binários em computadores digitais - são os spins nucleares de a¡tomos de carbono-13 embutidos dentro do diamante.

"Embora um cristal de tempo perfeitamente isolado possa, em princa­pio, viver para sempre, qualquer implementação experimental real se deteriorara¡ devido a s interações com o ambiente", disse Joe Randall da QuTech. "Prolongar ainda mais a vida útil éa próxima fronteira."

Os resultados, postados pela primeira vez neste vera£o no arXiv, foram replicados em um experimento quase simulta¢neo por pesquisadores do Google, Stanford e Princeton, usando o computador qua¢ntico supercondutor do Google, Sycamore. Essa demonstração empregou 20 qubits feitos de tiras de aluma­nio supercondutor e durou cerca de oito danãcimos de segundo. Os cristais do tempo do Google e da QuTech são chamados de fases Floquet da matéria, que são um tipo de material sem equila­brio.

“a‰ extremamente empolgante que várias descobertas experimentais estejam acontecendo simultaneamente”, disse Tim Taminiau, pesquisador-chefe da QuTech. "Todas essas plataformas diferentes se complementam. O experimento do Google usa duas vezes mais qubits; nosso cristal do tempo vive cerca de 10 vezes mais."

A equipe de Qutech manipulou os nove qubits de carbono-13 da maneira certa para satisfazer os critanãrios para formar um cristal de tempo localizado de muitos corpos.

"Um cristal de tempo étalvez o exemplo mais simples de uma fase de não equila­brio da matéria", disse Yao, professor associado de física da UC Berkeley. "O sistema QuTech estãoperfeitamente preparado para explorar outros fena´menos fora de equila­brio, incluindo, por exemplo, fases topola³gicas Floquet."

Esses resultados seguem os passos de outra anãpoca de avistamento de cristais, envolvendo também o grupo de Yao, publicado na Science hávários meses. La¡, os pesquisadores observaram um chamado cristal de tempo pré-termal, onde as oscilações sub-harma´nicas são estabilizadas por meio de condução de alta frequência. Os experimentos foram realizados no laboratório de Monroe na Universidade de Maryland usando uma cadeia unidimensional de a­ons ata´micos aprisionados, o mesmo sistema que observou as primeiras assinaturas da dina¢mica cristalina do tempo hámais de cinco anos. Curiosamente, ao contra¡rio do cristal de tempo localizado de muitos corpos, que representa uma fase de Floquet qua¢ntica inatamente, os cristais de tempo pré-termais podem existir como fases qua¢nticas ou cla¡ssicas da matéria.

Muitas questões em aberto permanecem. Existem aplicações prática s para os cristais de tempo ? A dissipação pode ajudar a estender a vida útil de um cristal? E, de maneira mais geral, como e quando os sistemas qua¢nticos dirigidos se equilibram? Os resultados relatados demonstram que os defeitos de spin em sãolidos são uma plataforma flexa­vel para estudar experimentalmente essas importantes questões em aberto na física estata­stica.

"A capacidade de isolar os spins de seu ambiente e, ao mesmo tempo, controlar suas interações oferece uma oportunidade incra­vel de estudar como as informações são preservadas ou perdidas", disse o estudante de graduação da UC Berkeley, Francisco Machado. "Sera¡ fascinante ver o que vem a seguir."