物理學家創建了一個由兩個連接的時間晶體組成的系統，它們是奇怪的量子系統，它們被困在無盡的循環中，而熱力學的正常定律不適用。通過將兩次晶體連接在一起，物理學家希望使用該技術最終構建一種新型的量子計算機。
“探索完全新穎的物質階段是一種罕見的特權，”英國蘭開斯特大學項目的首席科學家薩穆利·艾特（Samuli Autti）在一封電子郵件中告訴《現場科學》。
從晶體到時間晶體
從雞尾酒中的冰到珠寶中的鑽石，我們一直在日常生活中遇到普通晶體。雖然晶體很漂亮，但對於物理學家來說，它們代表了自然正常對稱性的分解。
物理定律是通過太空對稱的。這意味著重力或者電磁學或者量子力學在整個卷中同樣應用宇宙。他們也朝任何方向工作。因此，旋轉90度的實驗實驗應產生相同的結果（當然，其他所有結果）。
但是在水晶中，這種華麗的對稱性被打破了。晶體的分子沿首選方向排列，形成重複的空間結構。在物理學家的術語中，晶體是“自發對稱性破壞”的完美例子 - 物理的基本定律仍然對稱，但分子的排列不是。
2012年，馬薩諸塞州理工學院的物理學家弗蘭克·威爾西克（Frank Wilczek）注意到物理定律也有時間對稱性。這意味著任何實驗在以後重複時間應該產生相同的結果。威爾西克（Wilczek）與正常晶體相比，但在時間的尺寸上，將這種自發的對稱性在時間晶體中破裂。幾年後，物理學家最終能夠建造一個。
量子秘密
Autti說：“在沒有外部鼓勵的情況下，晶體的時間一直在移動，並在及時定期重複自己。”這是可能的，因為時間晶體處於其最低能量狀態。量子力學的基本規則阻止了運動完全靜止，因此時間晶體在其永無止境的周期中保持“卡住”。
Autti說：“這意味著它們是永久的運動機，因此是不可能的。”
這熱力學定律建議平衡的系統趨向於更多的熵或混亂 - 坐著的咖啡杯總是很酷，擺鐘最終將停止搖擺，地面上的球滾動最終休息。但是時間晶體不違反，或者只是忽略了它，因為熱力學規則似乎不適用於它。取而代之的是，時間晶體受量子力學的約束，即控制亞原子顆粒動物園的規則。
“在量子物理學中，只要我們閉上眼睛，永久運動機就可以了，只有在我們觀察運動時，它才能開始放慢速度，” Autti說，指的事實指的是，時間晶體所需的奇異量子機械狀態在與環境相互作用後無法保持運行（例如，如果我們觀察到它們）。
這意味著物理學家無法直接觀察時間晶體。當他們試圖觀看一個的那一刻，允許它們存在的量子規則分解，而時間晶體會停止。而且該概念超出了觀察的範圍：與外部環境的任何足夠強烈的相互作用，破壞了時間晶體的量子狀態，它將使其不再是時間晶體。
這是Autti的團隊進來的地方，試圖通過經典觀察找到一種與量子時間晶體互動的方法。在最小的規模上，量子物理統治。但是，古典力學的確定性規則可以更好地描述蟲子，貓，行星和黑洞。
“從量子物理學到古典物理學的連續體仍然很少理解。一個人如何成為另一個是現代物理學的傑出奧秘之一。時間晶體跨越了兩個世界之間界面的一部分。也許我們可以通過詳細研究時間晶體來學習如何消除界面，” Autti說。
神奇的少堅
在新的研究中，Autti和他的團隊使用“少鎂”來建立時間水晶。鎂是“準顆粒”，它以一組的集體狀態出現原子。在這種情況下，物理學家團隊服用了氦3（一個帶有兩個質子但只有一個中子的氦原子），並將其冷卻至絕對零以上的十分之一。在該溫度下，氦3轉化為玻色網凝結物，所有原子共享一個共同的量子狀態並相互協同工作。
在該冷凝物中，氦3中電子的所有自旋都鏈接並一起工作，產生了磁能波，即鎂。這些海浪永遠來回晃動，使它們成為時間水晶。
Autti的團隊拿走了兩組磁棒，每組都作為自己的時間水晶運行，並使他們足夠近以相互影響。鎂的組合系統充當具有兩個不同狀態的一次性晶體。
Autti的團隊希望他們的實驗可以闡明量子與古典物理之間的關係。他們的目標是建立與環境相互作用而沒有量子狀態分解的時間晶體，從而使時間晶體可以在用於其他事物的同時保持運行。這並不意味著自由能 - 與時間晶體相關的運動在通常的意義上沒有動能，但可以用於量子計算。
擁有兩個狀態很重要，因為這是計算的基礎。在經典的計算機系統中，基本的信息單位有點，可以採用0或1個狀態，而在量子計算中，每個“量子”可以同時在一個以上的位置，從而允許更多的計算能力。
Autti說：“這可能意味著時間晶體可以用作量子設備的構建塊，這些量子設備也可以在實驗室外工作。在這樣的冒險中，我們現在創建的兩級系統將是一個基本的構建塊。”
目前，這項工作離工作的量子計算機很遠，但確實開闢了有趣的研究途徑。如果科學家可以在不破壞其量子狀態的情況下操縱兩次晶體系統，那麼他們可能會建立更大的時間晶體系統，以充當真正的計算設備。
最初發表在現場科學上。
