雖然聽起來很像是電子游戲里的產物，但現實世界里確實有“時間晶體”（Time Crystal）這種奇特的物質。早在幾個月前，就已經有報道稱谷歌將在量子計算機上運用這項技術。現在，我們可以更確切地知曉它已被用于 Google 的 Sycamore 量子處理器。
（Google Quantum AI 芯片）
據悉(xi)，規則晶體的(de)特(te)點是(shi)以高(gao)度有序的(de)原子(zi)結構重復(fu)(fu)出(chu)現。但科學家提出(chu)了一個假設，若這(zhe)些原子(zi)可在空(kong)間(jian)維度上重復(fu)(fu)，那(nei)是(shi)否有種(zhong)晶體會以隨時(shi)間(jian)重復(fu)(fu)的(de)模(mo)式(shi)而存在呢？
早在 2012 年(nian)，諾(nuo)貝(bei)爾(er)獎(jiang)得主弗蘭克·維爾(er)切克（Frank Wilczek）就假(jia)設所謂的時間(jian)晶體可能存在。但直到 2016 年(nian)，研究團(tuan)隊(dui)才在實驗(yan)室中加(jia)以證(zheng)明。
后(hou)續研究則將(jiang)更多精力放在(zai)了(le)晶(jing)體的生(sheng)長上，以(yi)及觀察(cha)它們(men)之間(jian)的相互作用。可(ke)知在(zai)時間(jian)晶(jing)體中，原子(zi)以(yi)周期性重復的模(mo)式運動，而我們(men)可(ke)以(yi)根據它們(men)的自旋來預測上下翻轉。
奇怪的是，這種節奏并不遵(zun)循(xun)著啟動頻率。而在一套完美的系統中，原子可在沒有任何(he)進一步(bu)輸入的情(qing)況下，永遠保持(chi)著它的節奏。
時間晶(jing)體可在不(bu)消耗能量的情況下，于兩種狀(zhuang)態間來回翻(fan)轉。
如(ru)果用日常生活中的(de)事(shi)務來舉例，我(wo)們(men)可(ke)將時間晶體看(kan)做一(yi)個奇怪的(de)明膠碗。在你撥動了它(ta)之(zhi)后(hou)，預(yu)期中肯定(ding)會希望它(ta)在搖晃(huang)幾秒鐘后(hou)停下(xia)，然后(hou)你又可(ke)以再次撥動。
然而時(shi)間(jian)晶(jing)體的獨(du)特之處，在于(yu)你只需輕(qing)輕(qing)撥動(dong)兩下(xia)，它就會在搖晃(huang)和(he)不搖晃(huang)的狀態間(jian)，持續交替(ti)變化下(xia)去。雖然聽起來像是(shi)個接(jie)近“永動(dong)機”的悖論，但時(shi)間(jian)晶(jing)體在技術上并(bing)未違反(fan)熱力學定(ding)律。
哈(ha)佛大學研究團隊指(zhi)出，能量(liang)在整個系(xi)統(tong)中依然守恒(heng) —— 只是熵（一種無(wu)序的(de)度量(liang)）沒(mei)有(you)減少，而是保持不(bu)變(bian)。
以 Google 的 Sycamore 量(liang)子處理器(qi)為例，為啟動時間(jian)晶(jing)體，研究團(tuan)隊用激(ji)光破壞了 20 個量(liang)子比特的晶(jing)格。
然后每兩次激(ji)光脈沖，量(liang)子比特只會發生一次自旋翻(fan)轉 —— 這打破(po)了時間平移的對稱(cheng)性，并創建出(chu)了時間晶(jing)體。
更重要的(de)是(shi)，這是(shi)晶體首次表(biao)現出‘多體定(ding)位(wei)’（many-body localization），這種現象使(shi)它們保持著(zhu)穩定(ding)。
在這場特殊的(de)(de)(de)實(shi)驗期(qi)間，科學家們只(zhi)對這個系統保持了(le)數百個周期(qi)的(de)(de)(de)觀察。但他們表示，理(li)論上(shang)是可以(yi)借助量子計算機本(ben)身運(yun)行的(de)(de)(de)模擬，來驗證時(shi)間晶體的(de)(de)(de)長期(qi)穩定性的(de)(de)(de)。
截圖（來自(zi)：Nature）
研究合著者(zhe)羅德里(li)奇·莫斯(si)納（Roderich Moessner）表示：
我們設法利(li)用量子計算(suan)機(ji)的(de)(de)多(duo)功能性，來幫助我們分析其自身的(de)(de)局限性。它基本上(shang)能夠高(gao)速我們如何(he)糾正自己的(de)(de)錯誤，以便通過有(you)限時間的(de)(de)觀察(cha)，來確定(ding)理想(xiang)狀(zhuang)況下的(de)(de)時間-結晶模式。
有關這項研究的詳情，已(yi)經(jing)發(fa)表在近日(ri)出版的《自(zi)然》雜志上，原標題(ti)為《Time-Crystalline Eigenstate Order on a Quantum Processor》。
