时间晶体的存在 - 一个特别有趣的- 仅在短短几年前就得到了证实,但是物理学家已经取得了很大的突破:他们诱使并观察到了两个晶体之间的相互作用。
在Helium-3超氟中,交换了两次晶体而不会破坏他们的连贯性;研究人员说,这一成就为新兴领域(例如量子信息处理)开辟了可能性,而连贯性至关重要。
“控制两次晶体的相互作用是一个重大成就。在此之前,没有人观察到同一系统中的两个晶体,更不用说看到它们相互作用了,”物理学家兼首席作家Samuli Autti英国兰开斯特大学
“受控互动是希望利用A的任何人的愿望清单中的第一项用于实用应用,例如量子信息处理。”
时间晶体非常有趣。它们看起来像普通的晶体,但它们具有额外的特殊特性。
在常规晶体中,原子排列在固定的三维网格结构,例如钻石或石英晶体的原子晶格。这些重复的晶格的配置可能有所不同,但是它们的移动并不多:它们只能在空间上重复。
在时间晶体中,原子的行为有所不同。它们振荡,首先朝一个方向旋转,然后是另一个方向。这些振荡(称为“滴答”)被锁定为常规频率和特定频率。因此,如果常规晶体的结构在太空中重复,则在时间晶体中重复在太空中和时间。
理论上,时间晶体以其最低的能量状态(称为基态)的最低滴答滴答,因此在很长一段时间内是稳定且相干的。可以利用这一点,但前提是它们的连贯性可以在受控的相互作用中保存。
因此,来自英国和芬兰的Autti和他的同事建立了一个时间水晶日期。首先,它们冷却了氦3-氦的稳定同位素,具有两个质子,但只有一个中子 - 在绝对零的十分之一之内,产生了B型超级流体,一种具有低压的零粘度流体。
在这种介质中,两次晶体在空间上出现镁质准颗粒。镁质不是真正的颗粒,而是由电子自旋的集体激发组成 - 就像通过旋转晶格传播的波。
当物理学家允许两个时间晶体接触时,他们交换了镁质 - 这将振荡更改为相反的相,而无需牺牲连贯性。
结果与现象称为约瑟夫森效应,其中电流在两块超导材料之间流动,该材料被稀薄的绝缘子(称为Josephson Junction)隔开。这些结构是正在探索的几个结构之一量子位的建造,信息的基本单位。
这只是一个非常简单的互动,但它确实为尝试创建和控制更复杂的互动打开了大门。
“我们的结果表明,时间晶体遵守量子力学的一般动态,并提供了一个基础,以进一步研究这些阶段的基本特性,开辟了可能在发展场中的可能应用的途径,例如量子信息处理,”研究人员在论文中写道。
“具有可调相互作用的长期相干量子系统,例如这里研究的稳健时间晶体,为基于自旋连续现象的新型量子设备提供了一个平台。”
该研究已发表在自然材料。