雖然聽起來像是電子游戲中的產(chǎn)物，但現(xiàn)實(shí)世界中確實(shí)存在一種叫做“時(shí)間水晶”的奇怪物質(zhì)。早在幾個(gè)月前，就有報(bào)道稱谷歌將在量子計(jì)算機(jī)上使用這項(xiàng)技術(shù)?，F(xiàn)在，我們更加確定地知道它正在被用于谷歌的Sycamore 量子處理器。

使用權(quán)：

阿里云服務(wù)器精選特惠，熱門產(chǎn)品免費(fèi)試用3個(gè)月

（谷歌量子人工智能芯片）

據(jù)報(bào)道，規(guī)則晶體的特點(diǎn)是高度有序的原子結(jié)構(gòu)的重復(fù)出現(xiàn)。但科學(xué)家提出了一個(gè)假設(shè)。如果這些原子可以在空間維度上重復(fù)，那么是否存在一種隨時(shí)間重復(fù)的圖案存在的晶體？

早在2012 年，諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Frank Wilczek 就假設(shè)所謂的時(shí)間晶體可能存在。但直到2016 年，一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)才在實(shí)驗(yàn)室證明了這一點(diǎn)。

后續(xù)研究將更多地關(guān)注晶體的生長并觀察它們之間的相互作用。我們知道，在時(shí)間晶體中，原子以周期性重復(fù)的模式移動(dòng)，我們可以根據(jù)它們的自旋來預(yù)測上下翻轉(zhuǎn)。

奇怪的是，這個(gè)節(jié)奏并不遵循起始頻率。在完美的系統(tǒng)中，原子永遠(yuǎn)保持其節(jié)奏，無需任何進(jìn)一步的輸入。

時(shí)間晶體可以在兩種狀態(tài)之間來回翻轉(zhuǎn)而不消耗能量。

舉個(gè)日常生活中的例子，我們可以把時(shí)間晶體想象成一個(gè)奇怪的明膠碗。撥號后，等待幾秒鐘停止震動(dòng)，然后您可以再次撥號。

不過時(shí)間水晶的獨(dú)特之處在于，你只需要輕彈兩下，它就會(huì)不斷地在晃動(dòng)和不晃動(dòng)之間交替。盡管這聽起來像是一個(gè)近乎永動(dòng)機(jī)的悖論，但時(shí)間晶體在技術(shù)上并不違反熱力學(xué)定律。

哈佛團(tuán)隊(duì)指出，整個(gè)系統(tǒng)—— 中的能量仍然守恒，但熵（無序程度的衡量標(biāo)準(zhǔn)）并沒有減少，而是保持不變。

以谷歌的Sycamore 量子處理器為例，為了激活時(shí)間晶體，研究團(tuán)隊(duì)使用激光破壞了20 個(gè)量子比特的晶格。

然后，量子位每兩個(gè)激光脈沖僅經(jīng)歷一次自旋翻轉(zhuǎn)——，這打破了時(shí)間平移的對稱性并創(chuàng)建了時(shí)間晶體。

更重要的是，這是晶體第一次表現(xiàn)出多體局域化，這種現(xiàn)象使它們保持穩(wěn)定。

在這個(gè)特殊的實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家們僅對系統(tǒng)進(jìn)行了幾百個(gè)周期的觀察。但他們表示，理論上可以借助量子計(jì)算機(jī)本身運(yùn)行的模擬來驗(yàn)證時(shí)間晶體的長期穩(wěn)定性。

截圖（來自：Nature）

研究合著者羅德里?！つ辜{(Roderich Moessner) 表示：

我們尋求利用量子計(jì)算機(jī)的多功能性來幫助我們分析其自身的局限性。它本質(zhì)上加快了我們糾正自己錯(cuò)誤的速度，以便在有限的觀察時(shí)間內(nèi)確定理想的時(shí)間結(jié)晶模式。

這項(xiàng)研究的詳細(xì)內(nèi)容已發(fā)表在最近出版的期刊《自然》上，原標(biāo)題為《Time-Crystalline Eigenstate Order on a Quantum Processor》。

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