Des physiciens manipulent le temps dans un diamant et créent une nouvelle phase de la matière.
Des chercheurs de l’Université de Washington à Saint-Louis ont réussi à défier la physique “traditionnelle” en créant une toute nouvelle phase de la matière, baptisée cristal temporel et ont même réussi à franchir un pallier de plus avec le quasi-cristal temporel. On vous explique toute l’expérience dans cet article.
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Des chercheurs américains créent un diamant quantique pour manipuler temps
Ces structures défient la physique classique en maintenant un mouvement perpétuel sans dissiper d’énergie. Cette avancée pourrait révolutionner l’informatique quantique et la métrologie de haute précision.
Qu’est-ce qu’un cristal temporel ?
Un cristal classique, comme le diamant ou le quartz, possède une structure régulière et répétitive dans l’espace. Un cristal temporel fonctionne de la même manière, mais dans le temps : ses particules vibrent à une fréquence constante, formant une structure stable en quatre dimensions (les trois dimensions spatiales plus le temps).
Ces systèmes sont comparables à une horloge qui ne s’arrête jamais et n’a pas besoin d’énergie pour fonctionner. En réalité, ces cristaux sont très fragiles, mais l’expérience menée par l’équipe de Washington a permis d’observer des centaines de cycles avant leur dégradation.
Le quasi-cristal temporel : une avancée encore plus surprenante
Les quasi-cristaux classiques sont des matériaux hautement organisés mais dont la structure ne suit pas un motif répétitif classique. C’est exactement le principe du quasi-cristal temporel, qui vibre à plusieurs fréquences différentes simultanément, formant un motif temporel complexe.
L’expérience a été réalisée dans un minuscule fragment de diamant. Les chercheurs ont bombardé ce diamant avec des faisceaux d’azote, ce qui a créé des défauts atomiques. Ces défauts, occupés par des électrons, ont interagi au niveau quantique pour générer un quasi-cristal temporel.
Des applications prometteuses
Le simple fait de créer ces structures confirme certaines théories fondamentales de la mécanique quantique. Mais au-delà de l’aspect théorique, ces cristaux pourraient avoir des applications révolutionnaires :
- Capteurs quantiques ultra-précis : sensibles aux champs magnétiques et aux forces quantiques, ils pourraient améliorer la mesure de grandeurs physiques avec une stabilité inégalée.
- Horloges atomiques améliorées : contrairement aux oscillateurs à quartz qui dérivent avec le temps, un cristal temporel pourrait garder une mesure parfaitement stable sans perte d’énergie.
- Stockage d’informations quantiques : leur structure permettrait de conserver des données quantiques sur de longues durées, un enjeu clé pour les futurs ordinateurs quantiques.
Actuellement, les chercheurs ne savent pas encore comment exploiter ces signaux temporels pour des applications concrètes. Mais ils sont convaincus que ces quasi-cristaux pourraient permettre d’explorer de nouveaux régimes de la physique quantique.
Vers une nouvelle ère des matériaux quantiques
Si l’existence des cristaux temporels avait été démontrée pour la première fois en 2016 à l’Université du Maryland, cette nouvelle avancée ouvre des perspectives bien plus vastes. Les quasi-cristaux temporels pourraient permettre d’explorer des interactions quantiques jusqu’ici insoupçonnées.
L’équipe de Washington continue ses recherches pour mieux comprendre et contrôler ces structures. Si ces cristaux pouvaient un jour être stabilisés sur de longues durées, ils pourraient révolutionner la technologie quantique et changer notre façon de percevoir le temps et la matière.
Source :
“Experimental Realization of Discrete Time Quasicrystals” de Guanghui He, Bingtian Ye, Ruotian Gong, Changyu Yao, Zhongyuan Liu, Kater W. Murch, Norman Y. Yao and Chong Zu, 12 March 2025, Physical Review X.
DOI: 10.1103/PhysRevX.15.011055
Image : Chong Zu laboratory, Washington University in St. Louis
