科學(xué)家造出神奇“時間晶體”：簡直反物理

物理學(xué)家創(chuàng)造了一種新的物質(zhì)形態(tài)，該物質(zhì)的原子不僅在空間上呈現(xiàn)周期性結(jié)構(gòu)，同時在時間上亦是如此。科學(xué)家將其命名為“時間晶體”——曾被認(rèn)為不可能存在的物質(zhì)。

然而現(xiàn)在，兩個獨立研究已經(jīng)成功創(chuàng)造出了時間晶體，并發(fā)表于同行評審的雜志上。

物理學(xué)家表示，時間晶體打開了一個全新的非平衡相物質(zhì)世界，并且有一天可被用于開發(fā)超級安全的量子計算機。

雖然諸如冰或金剛石等晶體的原子在空間上按一定周期性結(jié)構(gòu)排列，但是時間晶體的晶體結(jié)構(gòu)還在時間維度上重復(fù)。根據(jù)研究人員，時間維度上的重復(fù)似乎違反了大自然規(guī)律。

在馬里蘭大學(xué)聯(lián)合量子研究所(JQI)的實驗中，研究人員與加州大學(xué)伯克利分校的一個小組合作，通過誘導(dǎo)在一條十個鐿離子鏈中的三種類型激光驅(qū)動行為來創(chuàng)造時間晶體。

他們使用激光脈沖來轟擊離化態(tài)原子來創(chuàng)造一個磁場，而用另一束激光來翻轉(zhuǎn)原子的自旋方向。然后一遍又一遍地重復(fù)這個過程，最終原子進入在時間上重復(fù)的翻轉(zhuǎn)模式。

并且，研究團隊發(fā)現(xiàn)鐿離子的翻轉(zhuǎn)周期恰好是激光驅(qū)動周期的2倍。這真的很神奇，就像一個人每秒彈奏鋼琴鍵兩次，但聲音只出來一秒。

來自哈佛大學(xué)的第二組研究人員也與伯克利物理學(xué)家Norman Yao進行合作，他們利用人造金剛石的人工晶格開發(fā)出了時間晶體。盡管方法不同，但都成功地創(chuàng)造出時間晶體。

兩項研究成果都發(fā)表在本周的有關(guān)雜志上。

這種奇怪的時間晶體是由相互作用的原子組成，它們永遠(yuǎn)都不會達(dá)到熱平衡狀態(tài)，不斷地在時間空間上進行重復(fù)。

然而，研究人員解釋，僅僅重復(fù)還是不夠的。如果把一堆臺球放在一張臺球桌上，每個臺球的距離為10厘米，那這是晶體嗎?顯然不是，只要稍微搖晃臺球桌，這種結(jié)構(gòu)就會土崩瓦解。為了使結(jié)構(gòu)保持完整性，晶體必需要有足夠穩(wěn)定的運動節(jié)奏。

時間晶體的概念誕生于2012年，由物理學(xué)家Frank Wilczek首次提出。隨著最近研究的突破，物理學(xué)家認(rèn)為時間晶體對未來的量子計算也有一定幫助。

參與該研究的物理學(xué)家Christopher Monroe表示，這種新的物質(zhì)狀態(tài)來自于在單個原子層面的眾多量子控制之間的復(fù)雜相互作用。

不過，時間晶體也可能被用于某些固態(tài)器件中，因此，對這種現(xiàn)象的一般理解有助于把這樣的體系引入未來的量子器件之中。