Los cristales de tiempo se consolidan como nueva fase de la materia

El concepto de cristal espacial, donde los átomos se organizan en un patrón geométrico rígido y repetitivo, es bien conocido y se observa en materiales como la sal o los diamantes. La equivalencia entre espacio y tiempo en la teoría de la relatividad llevó al físico Frank Wilczek a proponer en 2012 la existencia de una fase análoga: el cristal temporal, una materia que repetiría su patrón periódicamente, pero en el tiempo.

Inicialmente, la idea enfrentó desafíos significativos. Las primeras demostraciones teóricas, incluida la propia propuesta de Wilczek, fueron refutadas, y teoremas de imposibilidad sugerían que tales cristales no podrían existir en equilibrio. Sin embargo, la investigación persistió, centrándose en sistemas fuera del equilibrio termodinámico, lo que abrió la puerta a la materialización de los cristales temporales.

Fue a través de esta vía que surgieron los cristales temporales discretos, sistemas que, al ser sometidos a una pulsación periódica externa, oscilan con un período mayor, rompiendo la simetría temporal discreta impuesta. La primera evidencia experimental de un cristal temporal se produjo en 2017, utilizando centros de nitrógeno-vacante en diamante y cadenas de iones. Más recientemente, se han logrado crear cristales temporales discretos con láseres ópticos, en un trabajo que contó con la participación de investigadores de la Universidad de las Islas Baleares, según ha detallado un análisis de The Conversation España.

Desde entonces, se han identificado diversas variantes, como los cristales temporales pretérmicos, que operan en un régimen de calentamiento lento bajo pulsaciones de alta frecuencia, y los cristales temporales disipativos, que oscilan periódicamente al interactuar e intercambiar energía con un sistema externo. También se han estudiado cristales temporales excitados, que aprovechan estados cuánticos de alta energía para generar oscilaciones espontáneas y periódicas.

La naturaleza única de estos cristales les confiere un considerable potencial en tecnologías cuánticas. Podrían emplearse como relojes cuánticos, caracterizados por su estabilidad y robustez frente a perturbaciones, siendo potencialmente más sencillos de construir y transportar que los relojes atómicos actuales. Su robustez también sugiere aplicaciones en la sensórica cuántica, mejorando la precisión y sensibilidad en la medición de señales.

Los cristales temporales representan un nuevo paradigma para la ingeniería cuántica. Una de sus implementaciones más destacadas tuvo lugar utilizando Sycamore, el procesador cuántico de Google. Además de sus aplicaciones prácticas, estos cristales estimulan la investigación fundamental sobre la física fuera del equilibrio y la naturaleza cuántica del tiempo, problemas que podrían contribuir a una teoría unificada en física. La idea de Wilczek, inicialmente descartada, ha evolucionado en poco más de una década hacia un campo de investigación consolidado, abarcando una diversidad de sistemas físicos y métodos experimentales.