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一个让许多物理学家兴奋的物体 ， 现在它已经在量子计算机中被创建 ， 它的名字听起来有点科幻的味道：时间晶体 。
我们都知道像盐晶体这样的普通晶体 ， 它们中的原子都以有序的方式排列 。 就好像每个原子都坐在一个正方形的格子上 ， 科学家称之为晶格 。 如果你是站在其中一个原子上的量子蚁人 ， 并且你在空间中向某个方向移动 ， 你会定期、周期性地遇到其他相同的原子 。 普通晶体的原子结构在空间中一次又一次地重复 ， 所以如果你查看它的任何部分 ， 你会看到相同的重复模式 。
原子或分子形成晶体的原因是 ， 这将结构置于其所有系统中的最低能量状态 。 2012年 ， 诺贝尔物理学奖获得者弗兰克·威尔切克询问是否有可能制造出在时间而非空间上对称的晶体 。 这意味着它所包含的粒子不断地重新排列成不同的构型 ， 但在一定的时间间隔内 ， 它们会返回到完全相同的构型 。
威尔切克说 ， 这样的行为就像粒子系统中自发出现的时钟 ， 以它为自己设定的速度滴答作响 。 制造时间晶体不仅仅是物理学家的智力练习 ， 它也可能很有用：它们将成为自然的计时员 ， 根据自己选择的脉搏跳动 。 一些研究人员认为时间晶体可能有助于我们制造更好的原子钟；其他人则认为 ， 由量子粒子制成的时间晶体可以作为构建量子计算机的组件 。
威尔切克描述的有规律、周期性行为看起来很像钟摆 ， 在每次来回摆动结束时 ， 摆锤或它所包含的所有原子都返回到相同的位置 。 但是 ， 无论制造得多好 ， 普通的钟摆不能永远摆动 。 枢轴点的摩擦力将使其缓慢失去能量 ， 直到它停止摆动 。 威尔切克想知道是否有某种方法 ， 可以制造没有向系统注入能量 ， 就能保持运动的时间晶体 。
威尔切克承认 ， 时间晶体听起来很危险 ， 就像热力学定律所禁止的永动机一样 。 但他乐观地认为 ， 只要不消耗能量也不产生能量 ， 应该就能永远振荡下去 。 三年后 ， 其他物理学家证明 ， 量子时间晶体无法避免和钟摆一样的问题 ， 它会逐渐消散它开始时的能量 ， 因此振荡会慢慢消失 。
但这并没有让物理学家对时间晶体失去兴趣 ， 因为我们可以像保持钟摆摆动一样 ， 每隔一段时间稍微推动一下 ， 时间晶体可以通过某种驱动力向其注入能量来保持振荡 。 这应该没什么大不了的 ， 因为我们经常看到这种情况发生 ， 例如通过推动秋千来使它保持摆动 ， 你会发现秋千振荡的频率与推的频率相同 。
【时间晶体的特别之处：振荡频率与驱动频率大不相同】但是 ， 物理学家们意识到 ， 对于威尔切克研究过的那种量子系统 ， 当你通过这种周期性驱动力产生振荡时 ， 会发生一些奇怪的事情：振荡的周期与驱动的周期不同 ， 它可以是两倍长 ， 或者是三倍长 ， 甚至是任何整数倍 。 就好像粒子在说感谢推动 ， 但我们将以我们选择的频率振动 。 所以事实证明 ， 这种行为是真正的时间晶体行为 ， 因为周期性是由晶体内粒子的相互作用产生的 ， 而不是来自于推动 。 推动所做的只是阻止时间晶体耗尽能量 ， 并且因为振荡周期是驱动周期的某个整数或离散倍数 ， 所以它们被称为离散时间晶体 。
制造时间晶体制造量子时间晶体的方法之一是取一排原子 ， 它们有一个自旋 ， 可以指向上或下 。 在时间晶体状态中 ， 向上或向下旋转会像波浪一样沿着
2017年 ， 两个团队报告说 ， 他们已经在自旋链中实验性地制造了离散的量子时间晶体 。 尽管如此 ， 他们仍然不能完全阻止这些系统吸收过多的能量 。 直到 2021年 ， 两个科学家团队才制造了一个离散的量子时间晶体 ， 理论上可以永远保持振荡 。 他们实际上在量子计算机中制造了它们 。
量子计算机使用量子比位进行计算 ， 它们就像具有自旋的粒子 ， 可以指向上或下 ， 这些向上或向下状态对二进制信息的1和0进行编码 。 这些
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