与Google合作合作的研究人员可能只是使用了技术巨头的量子计算机来创建一个全新的物质阶段- 时间水晶。
由于能够在两个州之间永远循环而不会失去能量的能力，时间晶体躲避了最重要的物理定律之一 - 热力学第二定律，其中指出，孤立系统的疾病或熵必须始终增加。这些奇异的时间晶体保持稳定，尽管存在恒定状态，但仍能抵抗随机性的任何溶解。
根据7月28日发布给预印度数据库的研究文章arxiv，科学家能够在Google的Sycamore Quantum处理器的核心内使用Qubits（量子计算的传统计算机位）创建大约100秒的时间晶体。
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这个怪异的新物质阶段的存在，以及它所揭示的全新身体行为领域，对物理学家来说是令人兴奋的，尤其是在九年前首先预测时代晶体时才出现。
“这是一个很大的惊喜，”英国伯明翰大学的物理学家Curt Von Keyserlingk不参与该研究，他告诉Live Science。 “如果您问30岁，20年甚至10年前的某人，他们就不会期望这一点。”
时间晶体对物理学家来说是引人入胜的对象，因为它们本质上避开了热力学的第二定律，这是物理学中最具铁克的定律之一。它指出，熵（对系统中疾病量的粗略类似物）总是会增加。如果您想让一些有序的东西，则需要在其中投入更多的能量。
这种疾病生长的趋势解释了很多事情，例如为什么将成分搅拌成混合物比再次将它们分开的原因更容易，或者为什么耳机绳索在裤子的口袋中如此缠结。它还设置了时间的箭头，过去的宇宙总是比现在更有序。例如，以相反的方式观看视频对您来说可能很奇怪，主要是因为您目睹了这种熵流的违反直觉逆转。
时间晶体不遵循此规则。它们没有缓慢接近热平衡，而是“热化”，以便它们的能量或温度平均分布在周围的环境中，而是将其卡在以上的两个能量状态之间，而无限期地在它们之间来回循环。
为了解释这种行为的深刻异常，冯·基塞林克（Von Keyserlingk）说，在被震动一百万次之前，想像一个装满硬币的密封盒子。当硬币从互联网中弹起时，它们“变得越来越混乱，探索了它们可以探索的所有配置”，直到摇晃停止，盒子被打开，以随机的配置揭示了硬币，大约一半的硬币面对朝上。无论我们在盒子中排列硬币的方式如何，我们都可以期望看到这个随机的，半上半下的终点。
在Google的Sycamore的“盒子”中，我们可以像我们的硬币一样查看量子处理器的Qubits。用硬币可以是头部或尾部的方式，量子位可以是1或0（两态系统中的两个可能位置），也可以是两种状态的概率的怪异混合物，称为叠加。冯·基塞林克（Von Keyserlingk）说，时间晶体很奇怪的是，从一个状态到另一种状态的摇动或摇动都可以将时间晶体的Qubits移至最低的能量状态，这是随机配置。他们只能将其从起始状态转到第二个状态，然后再返回。
冯·凯瑟林克（Von Keyserlingk）说：“这只是人字拖。” “它最终不会看起来随机，它只是被卡住了。这就像它记得最初的样子，并且随着时间的流逝重复了这种模式。”
从这个意义上讲，时间水晶就像一个永远不会停止摇摆的摆。
“即使您完全从宇宙中分离了摆锤，因此没有摩擦和防空，它最终将停止。这是因为第二次是热力学定律，”阿基里亚斯·拉扎里德斯（Achilleas Lazarides）是英国的物理学家，他是科学家首先发现新阶段在2015年新阶段的科学可能性。 “能量开始集中在摆在弥撒的中心，但是所有这些内部自由度都像原子可以在杆内振动 - 最终将转移到。”
实际上，大规模的物体无法像时间水晶一样行事而不会听起来荒谬，因为唯一能够使时间晶体存在的规则是管理非常小的世界的怪异和超现实的规则 - 量子力学。
在量子世界中，物体同时表现出类似的点粒子和小波，而在任何给定的空间区域中，这些波的幅度代表在该位置找到粒子的概率。但是，随机性（例如晶体结构中的随机缺陷或量子位之间的相互作用强度的编程随机性）可能会导致粒子的概率波在除一个非常小的区域以外的任何地方取消自身。植根于适当的位置，无法移动，改变状态或与周围环境进行热度，粒子局部化。
研究人员将这种本地化过程作为实验的基础。使用20条超导铝对于他们的Qubits，科学家将每个人编程为两个可能的州之一。然后，通过将微波梁炸开在条上，他们能够将Qubits驱动到翻转状态。研究人员重复了成千上万次跑步的实验，并在不同的位置停下来记录其Qubits所处的状态。他们发现，他们的量子收集仅在两种构型之间来回翻转，而Qubits并没有从微波束中吸收热量，要么是他们制作了时间晶体。
他们还看到了一个关键线索，即他们的时间水晶是物质的阶段。为了使某物被认为是一个阶段，面对波动通常必须非常稳定。如果固体不会融化温度周围有略有不同；轻微的波动都不会导致液体突然蒸发或冻结。以同样的方式，如果微波梁用来翻转状态之间的Qubit，则可以调整以接近，但要略微略微偏离完美翻转所需的确切的180度，但量子位仍然可以翻转到另一个状态。
拉扎里德斯说：“如果您不完全达到180度，那么您会争先恐后。” “即使您犯了轻微的错误，（即使您犯了微小的错误），[晶体的时间]始终会有些倾斜。”
从一个阶段转移到另一个阶段的另一个标志是破坏了物理对称性，即物理定律在任何时间或空间的物体方面都是相同的想法。作为液体，水中的分子在空间和各个方向的每个点都遵循相同的物理定律，但是冷却水足够降低，以使其变成冰，其分子会沿着晶体结构（或晶格）选择常规点，以使其整合。突然，水分子在太空中占据了优先点，它们将其他点留为空 - 水的空间对称性已被自发折断。
与冰通过空间对称性破裂，冰成为空间中的晶体的方式与众不同，时间晶体通过与时间对称性破裂而变成晶体。首先，在将它们转换为时间晶体阶段之前，Qubits行将在所有时刻之间经历连续的对称性。但是微波梁的周期循环将Qubits经历的恒定条件缩小为离散的数据包（使光束施加的对称性成为离散的时间翻译对称性）。然后，通过在光束的波长的两倍上来回翻转，Qubits随激光施加的离散时间翻译对称性而破裂。它们是我们知道的第一个对象，可以做到这一点。
所有这些怪异使得时间晶体富含新物理学，而Sycamore为研究人员提供了超出其他实验设置的控制，可以使其成为进一步研究的理想平台。但是，这并不是说不能改进。像所有量子系统一样，Google的量子计算机需要与其环境完全隔离，以防止其量子器经历一个称为Recerence的过程，该过程最终会破坏量子定位效果，从而破坏时间晶体。研究人员正在努力更好地隔离处理器并减轻腐烂的影响，但不可能永远消除效果。
尽管如此，在可预见的将来，Google的实验可能仍然是研究时间晶体的最佳方法。尽管其他许多项目已经成功地使令人信服的时间是其他方式的晶体 - 钻石，氦3超级流体，列为镁的准颗粒，并带有Bose-Einstein凝结- 在大多数情况下，这些设置中产生的晶体耗散过快，无法进行详细研究。
晶体的理论新颖性在某些方面是双刃剑，因为当前物理学家目前很难为它们找到明确的应用，尽管von Keyserlingk建议它们可以用作高度准确的传感器。其他建议包括使用晶体来更好地存储存储或开发具有更快处理能力的量子计算机。
但是从另一个意义上讲，时间晶体的最大应用可能已经存在：它们允许科学家探测量子力学的边界。
Lazarides说：“它不仅可以研究出现在自然界中的内容，而且可以实际设计它并查看量子力学让您做的，并且不允许您做什么。” “如果您在自然界中找不到东西，那并不意味着它不存在 - 我们只是创建了其中之一。”
最初发表在现场科学上。
