Así son los cristales de tiempo: la estructura cuántica que se mueve eternamente sin gastar energía

Todos conocemos los cristales comunes, como la sal de mesa, el hielo o los diamantes. Los átomos que forman los cristales no están desordenados, sino colocados en filas perfectas que se repiten, como los ladrillos de una pared, formando un dibujo que se repite en el espacio. Esto son cristales en el espacio.

Dado que la ciencia demostró que el espacio y el tiempo están profundamente unidos, recordemos que Einstein y su Teoría de la Relatividad tratan de manera equitativa al espacio y al tiempo, entonces los científicos se hicieron una pregunta fascinante: si existen materiales que forman un dibujo ordenado en el espacio, ¿podrían existir otros que formen un dibujo ordenado en el tiempo? Plantean así la existencia de los “cristales de espacio”.

Esta propuesta formulada en 2012, por el Premio Nobel de Física (2004), Frank Wilczek, consiste en el concepto revolucionario de la existencia del cristal temporal, una fase de la materia que se repetiría periódicamente en el tiempo, oscilando indefinidamente. La respuesta condujo al desarrollo de una nueva línea de investigación en física cuántica y materia condensada.

Definición del cristal espacial

En un cristal de tiempo, la característica distintiva es la repetición de un estado físico a lo largo de una secuencia temporal. Imagina un reloj que funciona por sí solo para siempre, sin pilas, sin cuerda y sin que nadie lo empuje jamás. Eso es, en pocas palabras, un cristal de tiempo: un grupo de partículas diminutas que se mueven en un ciclo que se repite una y otra vez de forma completamente natural.

En un cristal temporal, sus partículas no se quedan quietas en el espacio, sino que van cambiando y regresando a su estado inicial a intervalos regulares. Es decir, su patrón repetitivo no está congelado en el lugar, sino grabado directamente en el paso del reloj.

Lo más fascinante es que este baile atómico continuo sucede sin que nadie empuje el sistema desde afuera. Los átomos cambian de postura una y otra vez de forma completamente natural. Es exactamente como si una copa de cristal tintineara sola en la mesa sin que nadie jamás la toque.

Una regla de la ciencia que parece romperse

En la ciencia existe una regla muy clara llamada simetría de traslación en el tiempo. Significa simplemente que si haces un experimento hoy o lo repites mañana bajo las mismas condiciones, el resultado debe ser exactamente el mismo. La naturaleza no suele cambiar las reglas del juego de un momento a otro.

Sin embargo, los cristales de tiempo parecen desafiar esta certeza fundamental. Aunque los estimules con un pulso de luz a cierto ritmo, el cristal responde y se mueve a un ritmo completamente diferente. Tiene su propio compás interno.

A pesar de lo extraño que suena, este fenómeno no rompe las leyes del universo ni crea energía de la nada. El sistema simplemente no se calienta ni pierde energía hacia el exterior. Se mantiene en un vaivén constante gracias a las “extrañas” reglas del mundo cuántico.

La demostración: de una idea "imposible" a la realidad en laboratorios

Como comentamos en el inicio del informe, el famoso físico y premio Nobel Frank Wilczek propuso por primera vez, hace solo 24 años, la existencia teórica de estos cristales de tiempo. En aquel momento, la inmensa mayoría de sus colegas pensó que se trataba de una idea bastante descabellada e imposible de construir. Parecía desafiar los conocimientos sobre el movimiento.

Pocos años después, en 2016, varios equipos lograron crear las primeras versiones reales en laboratorios altamente especializados. Para conseguirlo utilizaron cadenas de átomos atrapados con campos magnéticos y pulsos de láser. Así demostraron que: ¡la teoría era completamente correcta!

Más cerca en el tiempo, en 2021, la empresa Google utilizó su avanzada computadora cuántica Sycamore para confirmar el hallazgo. Dentro de sus chips especiales observaron cómo decenas de bits cuánticos oscilaban coordinados durante mucho tiempo sin ganar calor. La idea loca se transformó en un descubrimiento histórico.

Las increíbles utilidades que tendrán en el futuro

Aunque hoy solo existen dentro de laboratorios muy avanzados, sus aplicaciones prácticas podrían cambiar nuestras vidas. Una de las principales ventajas es que podrían ayudar a construir computadoras cuánticas mucho más estables. Estas máquinas sufren hoy porque cualquier fallo o cambio de temperatura arruina sus cálculos.

Al ser inmunes al desorden y no emitir calor residual, los cristales de tiempo protegerían la información sensible. Servirían como memorias ultraresistentes dentro de las computadoras del futuro. Esto solucionaría uno de los mayores dolores de cabeza de la tecnología moderna.

También permitirán crear relojes atómicos infinitamente más precisos para navegar por el espacio o medir el tiempo. Nos abren la puerta a explorar fenómenos desconocidos de la física que apenas estamos empezando a comprender. Estamos ante el comienzo de una nueva época en el estudio de la materia.

Referencia de la noticia

Haruki Watanabe, et al. (2019). Proof of the absence of long-range temporal orders in Gibbs states.