时间水晶是什么为什么科学家致力于研究

多年来，科学家们竞相创造时间水晶这种新的物质形态。目前，谷歌量子AI的研究人员透露，他们已经使用谷歌的西卡莫尔量子计算硬件创建了时间晶体，已经在11月30日的《自然》杂志上详细介绍了这一发现。

什么是时间水晶？

时间水晶听起来像是科幻小说里的情节，但我们已经证明它是可以观察到的，即使它看起来违背了自然的基本定律。

你可能熟悉像祖母绿、钻石和盐这样的晶体，在微观层面上，它们是由重复的模式组成的，而许多层原子最终都是会这样形成一个物理结构。例如，一粒盐是由钠原子和氯原子组成的，时间晶体也是类似的，但不是在空间上形成重复的模式，而是在时间上形成振荡的模式。

举个简单的例子

假设你用哈勃望远镜拍摄了一颗行星和它的卫星，每次它在一段时间内完成它的轨道运行。这些照片看起来都是一样的，月球一遍又一遍地重复它的轨道。

现在假设，我们假设有数百个新的卫星加入到行星的轨道上，每一颗新卫星的出现都会对其他卫星的轨道产生引力，随着时间的推移，卫星将开始偏离它们的轨道，再也不会回到它们的起点。

这种无序或熵的增加是不可避免的，因为热力学第二定律是物理学的基本定律。但如果有一个行星和许多卫星的系统，卫星可以周期性地重复它们的轨道，而不会增加熵呢？这种结构显然很难实现，而这种结构就可以被认为是一种时间晶体。

人类第一次观察到“时间水晶”

观察时间晶体显示了量子处理器是如何用于研究多年来困扰科学家的新物理现象的。从理论到实际观察是一个关键的飞跃，是任何科学发现的基础。像这样的研究为更多的实验打开了大门，不仅在物理学上，而且有望激发未来量子在许多其他领域的应用。

时间水晶可以被创造出来吗？

芬兰的物理学家是最新一批创造出“时间晶体”的科学家，这是一种新发现的物质类型，只存在于微小的原子尺度和极低的温度下，但似乎也挑战了一条基本的自然法则：世界上没有永动机。

这种效应只有在量子力学条件下才能观察到（原子和它们的粒子是如何相互作用的），任何试图从这样一个系统中提取功的尝试都会破坏它。但这项研究揭示了量子领域更多违反直觉的本质，那就是：宇宙的最小尺度最终会影响其他一切。

时间水晶没有实际用途，它们看起来也不像天然水晶，而且实际上看起来一点也不像。

原子的行为方式可以成为时间水晶

年，美国马里兰州大学的一个物理学家团队和哈佛大学的另一个物理学家团队使用加州大学伯克利分校研究人员提出的一种方法，演示了时间晶体的行为。

他们的每一个过程都依赖于用激光使一串纠缠的粒子做周期性运动，并观察图案中反映物质能量分布脱离平衡的独特断裂，就像时间晶体应该做的那样。

年进行的研究表明，量子纠缠可能允许粒子的排列在一定距离上周期性地改变一种属性，如自旋，满足时间晶体的定义，而不需要添加能量。

研究时间水晶有什么用？

一些科学家认为，时间晶体有一天可能会成为量子计算机的存储器，但英国兰开斯特大学讲师兼研究员、物理学家萨穆利·奥蒂说，这项工作更直接的目标是更多地了解量子力学。

就像现代世界依赖晶体管内部的量子力学效应一样，这些新的量子人工制品有一天可能会被证明是有用的。也许时间晶体最终会为智能手机中的一些量子功能提供动力。