今天，时间晶体再次迎来新人，登上科学子刊。时间水晶就像“永动机”，可以在各种状态之间永不停歇地消耗能量。科学家表示，“我们用IBM量子计算机制造了迄今为止最大的时间晶体，是谷歌的两倍多。”就连2016年证明时间晶体存在的凝聚态物理学家ChetanNayak也表示，“这一定是重大突破”。突破口在哪里？来自墨尔本大学的两位物理学家PhilippFrey和StephanRachel提供了更大量子位的演示。目前，最新研究Realizationofadiscretetimecrystalon57qubitsofaquantumcomputer于3月2日发表在ScienceAdvaces上。论文地址：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm7652这篇新文章这种时间晶体由57个量子粒子组成，是谷歌科学家去年模拟的20个量子粒子时间晶体的两倍多。?因为新型时间晶体体积非常大，传统的电脑是没有办法模拟的。研究人员弗雷和雷切尔单独进行了这项大规模实验。雷切尔说，“只有我和我的研究生弗雷，再加上一台笔记本电脑。实验持续了大约6个月。”对于这项研究，科学家They使用IBM最先进的量子计算机ibmq_manhattan和ibmq_brooklyn远程模拟和观察57个量子比特上的离散时间晶体(DTC)。离散时间晶体(DTC)的模拟量子位中使用的57个量子位可以同时设置为0和1或1和0，方法是将它们编程为像磁铁一样相互作用。“对于它们相互作用的某些设置，研究人员发现任何57个量子位的初始设置，例如011011011110......，每两个脉冲都会保持稳定并恢复到其原始状态，”研究人员说。量子比特可以取0到1之间的各种复数值，这样看，这个结果似乎有点平淡无奇。毕竟，即使磁铁之间没有相互作用，脉冲也会将它们翻转180°，从而产生相同的半频响应。“是什么让这个系统成为时间晶体？这是磁铁相互作用的方式，它稳定了结构，”哈佛大学凝聚态物理学家DominicElse解释道。“这使得系统不受缺陷的影响，例如磁铁翻转，即使脉冲不够长也是如此。”“这真的是物质的一个阶段，”Else说。“多体相互作用稳定了它。”奇怪的是，仅仅增加磁体间相互作用的强度是不够的。两个相邻磁铁之间的相互作用必须随机不同。如果所有磁铁的相互作用都一样强烈，那么一个磁铁的错误会导致其他磁铁翻转错误。正是这种随机性，防止了错误的传导，稳定了时间晶体。雷切尔说，“这个实验并不完美。这种翻转结构应该会无限期地持续下去。但IBM的量子计算机的量子比特只能让这种结构稳定大约50个周期。”最后，稳定的相互作用效应可用于保存一串量子比特的状态，作为量子计算机的一种存储形式。不过，要最终做到这一点，肯定还需要不少时间。时间水晶从何而来？时间晶体这个新颖的概念可以追溯到2012年，由诺贝尔奖得主弗兰克·威尔切克首次提出。时间晶体可以自发地打破时间平移对称性，Wilczek称之为“对称之母”。根据Wilczek教授的说法，“时间晶体会进行周期性运动，每隔一段时间就会恢复到原来的状态。”也就是说，它可以随着时间的推移而改变，但会像时钟一样继续恢复到它开始时的相同形式。指针周期性地返回到其原始位置。事实上，时间水晶是一种打破热力学认知的物体，很多科学家认为这种物质并不存在。然而，2016年，加州大学圣巴巴拉分校和微软的研究人员提出了基于π自旋玻璃相的Floquet“时间晶体”的存在。论文地址：https://arxiv.org/pdf/1603.08001.pdf这一次，他们考虑了从外部不断刺激系统的方法。他们发现，在适当的条件下，系统可以锁定一个时变结构，该结构以低于外部刺激的速率重复自身。而这种较低频率的反馈是时间晶体的特征。该系统由一串微小的量子物理磁铁组成，根据量子物理学的奇异规则，这些磁铁可以同时指向上方、下方或两者。在这串磁铁中，相邻的磁铁通常以相反的方向排列，从而减少能量。随机选择的局部磁场使每个磁铁指向一个方向或另一个方向。稳定的磁脉冲流也会周期性地翻转磁铁（从下到上或从上到下）。这个想法是，在适当的条件下，磁铁的任何方向都会在每秒的脉冲中一次又一次地翻转。实验者也在各种不同的系统中证实了这一思路。从钻石中的电子到容器中的离子，再到量子计算机中的量子位，任何系统都可以。去年，超过100名研究人员参与了谷歌的时间晶体模拟，并声称用谷歌的量子计算机观察到了时间晶体。论文地址：https://arxiv.org/pdf/2107.13571.pdf有了时间晶体，我们就有永动机了吗？时间晶体是锁定在永恒时间循环中的量子粒子系统。这有点像真实晶体中原子的重复空间构型。新的时间晶体展示了量子计算机模拟复杂系统的能力。如果没有量子计算机的帮助，新型时间晶体可能只存在于物理学家的理论中。量子计算机为物理学家提供了一个平台来设计和研究自然界中未发现的新物质状态。目前，量子计算机的发展还处于起步阶段。但随着它们的改进，它们将使物理学家提高他们对自然的基本理解。这反过来又可以转化为技术创新，就像上个世纪的物理学促成了塑造我们今天生活的数字革命一样。而时间晶体只是这一激动人心的努力的开始。
