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Los cristales del tiempo son una rareza de la física cuántica, pero nuevos cálculos muestran que estos extraños materiales podrían ser útiles para construir relojes muy precisos.
Todos los cristales se definen por repetición: los cristales convencionales están hechos de átomos dispuestos en patrones repetidos, y los cristales de tiempo tienen una estructura que se repite en el tiempo. Si observa un cristal de tiempo durante el tiempo suficiente, verá que recorre el mismo conjunto de configuraciones una y otra vez. Además, este ciclo surge espontáneamente, no porque el material se vea obligado a mantenerlo, sino porque esa es su fase preferida, de forma similar a como la fase preferida del agua a baja temperatura es el hielo.
Ludmila Viotti, del Centro Internacional de Física Teórica Abdus Salam en Italia, y sus colegas han demostrado que, en algunos casos, los cristales de tiempo podrían ser un buen componente básico para relojes cuánticos muy precisos.
Analizaron matemáticamente un sistema de hasta 100 partículas de mecánica cuántica, cada una de las cuales tenía dos estados distintos determinados por la propiedad del espín cuántico, similar a cómo una moneda sobre una mesa tiene dos estados distintos determinados por qué cara está mirando hacia arriba. El sistema de espín específico que estudiaron los investigadores podría convertirse en un cristal de tiempo o existir en una fase más convencional que no oscilara espontáneamente en el tiempo, y podría usarse como un reloj en cualquiera de las fases. El equipo calculó cómo se compararía el rendimiento del reloj hecho con giros (su exactitud y precisión) en la fase de cristal de tiempo con un reloj hecho con giros en esta fase “normal”.
“En la fase normal, si desea resolver intervalos de tiempo más pequeños, perderá precisión de manera exponencial. En la fase cristalina de tiempo, para la misma resolución, puede obtener una precisión mucho mayor”, dice Viotti. Aunque el reloj basado en giros normalmente se volvería menos preciso si quisiera, por ejemplo, medir segundos en lugar de minutos, esto no sucedería si los giros formaran primero un cristal de tiempo.
Mark Mitchison, del King’s College de Londres, dice que no es sorprendente que un cristal de tiempo sea un punto de partida prometedor para fabricar un reloj, pero hasta ahora faltaba un análisis riguroso de esa ventaja. Él y sus colegas demostraron previamente que casi cualquier secuencia aleatoria de eventos se puede convertir en un reloj, pero un sistema que tiene oscilaciones autosostenidas proporciona una estructura más parecida a un reloj desde el principio, dice.
“Sabemos desde hace unos diez años que pueden existir cristales de tiempo, pero aún no está claro cómo explotarlos”, afirma Krzysztof Sacha de la Universidad Jagellónica de Polonia. “Así como los cristales ordinarios pueden usarse tanto para joyería como para construir procesadores de computadora, nos gustaría que los cristales del tiempo también permitieran tecnologías útiles”.
Es poco probable que los cristales de tiempo superen a los mejores relojes actuales del mundo, que están hechos de átomos extremadamente fríos, afirma, pero aún podrían ser una alternativa al cronometraje basado en sistemas satelitales como el GPS, que pueden verse alterados por actores nefastos. Los relojes construidos con cristales de tiempo también podrían convertirse en la base de los sensores de campos magnéticos, ya que incluso pequeñas cantidades de dichos campos perturbarían el tictac de los relojes, afirma Mitchison.
Sin embargo, aún queda mucho trabajo por hacer antes de que los cristales del tiempo puedan utilizarse en la práctica, dice Viotti. Por ejemplo, el sistema de giro de su equipo debería compararse con otros sistemas que se comportan como relojes precisos y probarse en un experimento con giros reales, afirma.
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