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영국의 랭커스터 대학교(Lancaster University) 연구팀이 처음으로 ‘시간 결정체(Time Crystals)’으로 알려진 새로운 물질 단계의 상호 작용을 관찰함. ‘시간 결정체’가 다양한 조건에서도 손상되지 않고 자동으로 일관된 상태(intact-coherent)로 유지되기 때문에 이 발견은 양자정보 처리에 적용할 수 있음. 일관성(Coherence)을 보호해야 하는 것은 강력한 양자 컴퓨터의 개발을 방해하는 주요 어려움 중 하나임. 연구팀이 두 개의 ‘시간 결정체’의 상호 작용을 제어한 것은 중요한 업적으로, 그 전에는 아무도 같은 시스템에서 두 개의 ‘시간 결정체’가 상호 작용하는 것을 관찰 한 적이 없었음. 제어된 상호 작용은 양자정보 처리와 같은 실제 응용 프로그램을 위해 시간 결정을 활용하려는 모든 사람의 위시리스트에서 가장 중요한 항목임. ‘시간 결정체’는 공간에서 규칙적으로 반복되는 패턴으로 배열된 원자로 구성된 금속이나 암석과 같은 표준 결정체와 다름. 2012 년 노벨상 수상자 Frank Wilczek이 처음으로 이론화하고 2016 년에 확인한 ‘시간 결정체’는 외부 입력이 없음에도 불구하고 시간에 따라 일정하고 반복되는 운동이라는 기괴한 특성을 나타냄. 그들의 원자는 처음에는 한 방향으로 계속 진동하고, 회전하거나, 이동하고 있음. 연구팀은 헬륨의 희귀 동위원소인 헬륨 -3을 사용하여 중성자가 하나 없는 ‘시간 결정체’를 관찰했음. 연구팀은 초유체 헬륨 -3을 절대영도 (0.0001K 또는 -273.15 ° C)에서 1 만분의 1도 이내로 냉각 시켰음. 연구진은 초유체 내부에 두 개의 시간 결정을 만들어 조작할 수 있게 했음. 연구원들은 두 개의 ‘시간 결정체’가 상호 작용하고 한 ‘시간 결정체’에서 다른 하나의 ‘시간 결정체’로 흐르는 구성 입자를 교환하는 것을 관찰했음. 이는 조셉슨 효과로 알려진 현상임. ‘시간 결정체’는 실제 적용에 큰 잠재력을 가지고 있음. 현재 원자시계 기술을 개선하는 데 사용될 수도 있음. 또한 자이로스코프와 같은 기술과 GPS와 같은 원자시계에 의존하는 시스템을 개선 할 수 있음.

본 연구 성과는 ‘Nature Materials’ ("AC Josephson effect between two superfluid time crystals") 지에 게재됨.