如何制造“时间晶体”？凝聚态物理学最重要的课题之一 _时间晶体

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这些天来， “时间晶体”在物理学界引起了广泛的关注。谷歌因在其量子计算机中创造了第一个 \"时间晶体 \"而成为头条新闻。但什么是 \"时间晶体\"？
定义?时间晶体是一个由量子粒子组成的系统，它在两个位置之间永久振荡，而不消耗能量。
让我们把它一部分一部分地分解开来。该定义遵循以下特点：

量子系统：这是不言自明的。
永久振荡：这意味着，粒子一旦被创造出来，在不受扰动的情况下，晶体的组成粒子的运动就应该永久持续下去。扰动是指任何形式的热或机械扰动。我们将在后面更详细地介绍这方面的内容。
【如何制造“时间晶体”？凝聚态物理学最重要的课题之一】不消耗能量：显然，这是三者中最显著的一点，这个概念需要一定程度的理解，因为时间晶体似乎逃避了自然界的一个 \"基本 \"法则，这个方面我们将在后面介绍。但这意味着，这些晶体中的这种 \"永动机 \"是在不消耗能量的情况下发生的。

它是什么?从一个简单的类比图片开始，想象一个简单的钟摆在空间中以特定的周期来回摆动。从日常经验和热力学第二定律中我们知道，这个钟摆最终将归于平静，因为热力学第一定律要求它在这个过程中失去一部分的能量。因此，这两个基本的物理学定律完全否定了任何形式的永动机的想法。
现在是事情变得疯狂的时候。时间晶体是一种粒子的构型，它的作用与钟摆相同，只是如果允许的话，它会永远持续下去。
这意味着晶体的组成粒子不断地在两种构型之间跳跃而不损失能量，类似于苯的共振结构。从凝聚态物理的角度来说，它意味着时间晶体的晶格在一定的时间间隔后恢复自身，同样，没有能量的损失。
在此我想强调的一点是，在两个晶格之间跳跃时，系统并不像钟摆那样进行真正的运动，因为运动的物体具有动能，它由物体的内能转化而来，导致物体的内能减少。
因此，我们也可以得出结论，时间晶体处于其可能的最低能量状态。另外，时间晶体似乎违反了热力学第二定律，这是宇宙的一个基本定律，这也是它成为一个有趣的研究课题的原因。
但是，量子计算机与时间晶体有什么关系？
什么造就了时间晶体?如前所述，时间晶体包括在两种稳定的低能量构型之间振荡的晶体。因此，一个双能级系统将是时间晶体最完美的物理起点。读者可能知道，这样一个系统是在现代应用的“粒子自旋”和量子计算机的帮助下实现的。
因此，我们使用粒子自旋或'自旋子'类粒子的属性作为我们的时间粒子。因此，例如，如果我们有一个电子系统，大约有一半的电子自旋向下，而其他电子自旋向上，这将是我们的时间晶体的一个合适的起点。
接下来，一个微波脉冲射入该系统，这导致它们改变其自旋方向，而不改变其内部能量。这个最终导致自旋子系统在固定的时间间隔内不断地在两种构型之间振荡，而不会获得或失去能量，这就是一个时间晶体。
量子计算机是双能级系统，有近乎完美的微波脉冲，而且它们可以模拟量子比特的自旋，那么为什么它们不应该被用于这些实验？
在此，我想强调一个具体的注意事项。如前所述，时间晶体只有在没有任何干扰的情况下才会有其应有的表现。但是，在实践中，这样的条件是不存在的，至少到现在为止。在现代量子计算机中，也总是有一些 \"噪音\" ，主要是热辐射，这就是使时间晶体极易受到影响的原因，并且很难在物理上实现。
时间晶体仍然是一个有趣的研究课题，特别是它们对热力学第二定律的影响，这也是理解时间本质的更大一部分。而且，这项研究再次强调了量子计算机的另一个迷人的应用。