「時間結晶」ってなに？ 未来のコンピューターに応用できるかも

独ドルトムント工科大が、40分持続する時間結晶の創出に成功しました。 これは従来の結晶の寿命の1000万倍。それだけでも大躍進なのに、もっと何時間も持続する時間結晶の創出も夢じゃないと、研究班は張り切っていますよ。

時間結晶って何？

「結晶」といえば、身近なところでは雪の結晶や食塩（塩化ナトリウムの結晶）が思い浮かびますよね。原子が一定の空間で、ピシッと規則正しく並んでいる状態をいいます。 これに対し「時間結晶（time crystal）」というのは、一定の時間と空間に低エネルギーで規則正しく並ぶ状態のこと。条件が変わったりの外的要因がなくても、ある時間が来ると、ふと我に返ったように解散する不思議な性質を持っています。その意味では、「時間対称性」（安定した状態の物質は時間が過ぎても変わらないという概念）を破る存在でもあります。

これまでの記録は数ミリ秒

2012年に提唱されたのが始まりで、ラボでいろいろ作り出されてきました。2022年6月に超低温の量子的状態で実現したボース＝アインシュタイン凝縮においては、一定時間継続する時間結晶が報告されましたが、持続時間はほんの数ミリ秒でした。 それが一気に40分ですから、ざっと1000万倍に伸びた計算です。 成果はNature Physicsに掲載中。

どう実現したの？

使ったのは、半導体で知られるインジウムガリウムヒ素（三元合金）。 これに原子核スピン系で偏光レーザー光を当てて躍起させ、系内の原子核のスピンを偏極させたんですね。 するとインジウムガリウムヒ素から振動が起こり、これが「時間結晶に相当する」状態と判断されたのだといいます（同大プレスリリース）。

で、何に役立つの？

同大チームの論文には、「この種のハードがいずれは、小型で柔軟性の高いオンチップ周波数*のスタンダードになる」ことを視野に入れて研究に取り組んでいるとあります。 *編注：いまのコンピューターは、チップの中を流れる信号のタイミングを同期させるために、シリコン（ケイ素の結晶）や水晶（二酸化ケイ素の結晶）などを利用した周波数発振器を使っています。時間結晶は、シリコンなどを超える性能の発振器に応用できるかもしれません。 もっとも実験では、一部が「解けて」時間結晶状態が失われたので、完璧ではないですけどね。「この時間結晶の寿命は少なくとも数時間、事によるともっと長くなると結論付けていいだろう」と書かれていて、何やらすごそうです。 しっかし量子論レベルの話は、怒涛の専門用語で頭割れますね。シートベルト締め直さないと。 米Gizmodoにも「何回読んでもわからん」「これ読むまで自分は頭いいと思ってた」「へー初耳！ちょっと読んで頭に入れようと思ったけど秒速で挫折した」「量子のシートベルトはとっくの昔に締めてるし、締めてないともいえる」といった声が集まってます。シュレディンガーの猫かいな。 Source: TU Dortmund University