Des horloges quantiques à trois temps express
Un pendule ordinaire oscille à la même fréquence que celle à laquelle on le pousse. Mais dans le monde quantique, on peut créer un système qui répond à une impulsion deux, trois fois ou plus lentement — comme s'il avait son propre rythme. De tels systèmes sont appelés cristaux temporels discrets. Jusqu'à présent, presque toutes les expériences se limitaient à doubler la période sur des éléments simples — les qubits (équivalents quantiques du bit avec deux états).
Dans ce nouveau travail, les physiciens ont assemblé une chaîne de 15 qudits supraconducteurs — des éléments capables de se trouver dans trois états, comme un interrupteur à trois positions. La chaîne était secouée périodiquement par des impulsions micro-ondes, et en réponse elle se mettait à pulser avec une période trois fois plus longue que l'excitation externe. C'est un cristal temporel avec une symétrie $\mathbb{Z}_3$.
La chiralité agit comme un chef d'orchestre qui force toutes les parois de domaine — les frontières entre les régions de phase d'oscillation différente — à se déplacer de manière cohérente. Grâce à cela, le triplement de la période est préservé même en présence d'un léger désordre dans la force des couplages et ne dépend pas de la manière dont le système a été initialisé. L'expérience sur les qudits ouvre la voie à l'étude d'un ensemble plus riche de phases de matière hors équilibre, qui étaient auparavant inaccessibles avec les qubits ordinaires.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2605.14293
Periodically driven quantum many-body systems can spontaneously break discrete time-translation symmetry, realizing discrete time crystals. To date, both experimental and theoretical efforts have largely focused on the simplest case of spontaneous period-doubling in $$\mathbb{Z}_2$$ discrete time crystals realized with qubits. This owes, in part, to the challenge of stabilizing eigenstate order in higher discrete symmetry ($$\mathbb{Z}_n$$) time crystals, due to the presence of richer domain wall physics. Here, we demonstrate the realization of a $$\mathbb{Z}_3$$ discrete time crystal by implementing a Floquet chiral clock model in a chain of 15 superconducting qutrits. Unlike the conventional Ising setting, our system features a tunable chiral angle that governs domain-wall dynamics, spectral degeneracies, and crucially, the stability of time-crystalline order. Using disordered nearest-neighbor chiral interactions, we observe robust subharmonic period tripling that persists across a wide range of drive strengths and is independent of initial state. Finally, we highlight the special role that chirality plays in our $$\mathbb{Z}_3$$ discrete time crystal -- in its absence, the system's Floquet dynamics exhibit a marked initial state dependence governed by domain wall degeneracies. Our results establish native qudit hardware as a powerful platform to access a broader landscape of non-equilibrium phases.
Les qudits à trois états sont appelés qutrits. Si un qubit est une pièce de monnaie (pile ou face), un qutrit est un dé qui peut montrer 1, 2 ou 3 points.