兩個不相互作用的規則晶體。你看，我希望你能找到更好的「時間晶體二體系統」形象。圖片來源：Alexander Sobol／Shutterstock
在一項看似違反物理定律的實驗中，科學家創造了有史以來第一個時間晶體二體系統——它可能對量子運算的未來產生一些令人難以置信的影響。
在今天發表在雜誌上的一篇論文中自然通訊來自英國、俄羅斯和芬蘭的研究人員描述了他們如何在超流體中創建兩個時間晶體（在本例中是一種稀有的氦同位素，從絕對零冷卻到約萬分之一度）並將它們聚集在一起相互接觸，創造一個不依賴經典物理學而是依賴量子規則的耦合系統。
“事實證明，將它們兩個放在一起效果非常好，”解釋了EPSRC 研究員 Samuli Autti 博士是這項研究的主要作者。 “即使時間晶體本來就不應該存在。”
「時間晶體」聽起來可能像是某些東西印第安納瓊斯電影，但它們實際上比這更棒。它們是令科學家們有些困惑的奇怪量子現象之一——它們的存在只是被提出的2012年，並且很長一段時間它們被認為是純粹理論上的。
想像一下，當兩個獨立的研究小組宣布發現一些現實生活中的時間晶體時，科學界集體驚訝不已。從那時起，這些神秘的小物體就隨處可見——從到。
但到底是什麼是時間晶體？根據你的想法，它們要不是聽起來的樣子，就是根本不像。看，普通的非時間晶體（例如祖母綠或雪花）是由其規則的重複原子結構定義的。例如，鑽石在顯微鏡下看起來像這樣：
它非常對稱——無論你在結構空間的哪個位置，圖案都是相同的。時間晶體也是一樣的－只不過結構不是在空間上重複，而是在時間上重複。
這是理解時間晶體的方式，它們的名字非常有意義：它們是普通晶體的時間模擬。當你嘗試想像它實際上是什麼樣子時，稍微令人困惑的方面就會出現。
“假設你用哈伯望遠鏡在一段時間內每次完成其軌道時拍攝了一顆行星及其繞軌道運行的衛星的照片，”解釋了Google量子人工智慧研究科學家 Pedram Roushan 和 Kostyantyn Kechedzhi 並沒有參與這項研究。 “當月球一遍又一遍地重複其軌道時，這些照片看起來都一樣。”
但是“如果有一個由行星和許多衛星組成的系統，其中衛星可以周期性地重複它們的軌道，而不增加熵呢？”他們繼續。 “這種配置——顯然很難實現——將被視為時間晶體。”
換句話說，時間晶體根本不是真正的晶體──至少不是我們習慣上認為的晶體。它是物質的一個新階段，同時穩定且不斷演化，並且總是週期性地回到相同的模式。
那……應該沒有意義。 「每個人都知道永動機是不可能的，」奧蒂說。 “然而，在量子物理學中，只要我們閉上眼睛，永動機就沒有問題。”
「透過潛入這條裂縫，我們可以製造時間晶體，」他解釋道。
但時間晶體二體系統的創建不僅僅是一種欺騙物理定律的方法。量子電腦的基本建構模組—被廣泛認為在計算中－被稱為「雙能階系統」：存在於兩個獨立量子態疊加的量子系統。這正是研究人員所建構的：「在我們的實驗中，兩個由自旋波準粒子組成的耦合時間晶體…形成了一個宏觀的兩能階系統，」論文解釋。
「這兩個能階隨時間演化，本質上是由非線性回饋決定的，使我們能夠建立自發性的兩能階動力學，」作者繼續說道。 “磁振子時間晶體允許在單次實驗中了解量子相干相互作用的各個方面和細節。”
這為未來開闢了一些令人興奮的可能性。一般來說，量子電腦依賴極冷的溫度——例如，Google的量子電腦是保持在 50 毫開爾文以下，實際上比。
但是「我們已經知道[時間晶體]在室溫下也存在，」奧蒂說，因此這種二體系統的發現可能提供一種方法來製造無需過冷即可工作的量子電腦。
那……將會是。
