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，規則晶體(ti)的(de)特點是以高度(du)有序的(de)原子(zi)結構重(zhong)(zhong)復(fu)出現。但(dan)科(ke)學家提(ti)出了(le)一個(ge)假設，若(ruo)這些原子(zi)可(ke)在(zai)空間(jian)維度(du)上重(zhong)(zhong)復(fu)，那是否(fou)有種晶體(ti)會以隨(sui)時間(jian)重(zhong)(zhong)復(fu)的(de)模式而存(cun)在(zai)呢？
早在(zai) 2012 年(nian)，諾貝爾(er)獎得主弗(fu)蘭克·維爾(er)切克（Frank Wilczek）就假設所謂的時間晶體(ti)可(ke)能存(cun)在(zai)。但直到(dao) 2016 年(nian)，研究團隊(dui)才在(zai)實驗(yan)室中加以(yi)證明。
后續研究(jiu)則將更多精力(li)放在了(le)晶體的(de)生長上，以及觀察它(ta)們(men)(men)之間的(de)相互作(zuo)用(yong)。可知在時間晶體中(zhong)，原子以周期性重復的(de)模式運動，而我們(men)(men)可以根(gen)據它(ta)們(men)(men)的(de)自旋(xuan)來預測(ce)上下翻轉(zhuan)。
奇怪(guai)的是，這種(zhong)節奏(zou)并不遵(zun)循(xun)著啟動頻(pin)率。而在(zai)(zai)一(yi)套完美的系統中(zhong)，原子(zi)可在(zai)(zai)沒有任何進一(yi)步輸入的情況下，永遠保持著它的節奏(zou)。
時間(jian)晶體可在(zai)不消耗能量的情況下，于兩種狀態間(jian)來回(hui)翻轉。
如(ru)果用日常生活(huo)中的事務(wu)來舉例，我們可將時(shi)間(jian)晶體看做(zuo)一個(ge)奇怪的明膠(jiao)碗。在你(ni)撥動(dong)了它之后(hou)，預期中肯定(ding)會希望它在搖(yao)晃幾秒(miao)鐘(zhong)后(hou)停(ting)下，然后(hou)你(ni)又可以(yi)再(zai)次撥動(dong)。
然(ran)而時間(jian)(jian)晶體(ti)的(de)獨(du)特之處，在于你(ni)只需輕輕撥動(dong)兩下，它就會在搖晃(huang)(huang)和(he)不搖晃(huang)(huang)的(de)狀態間(jian)(jian)，持續交替變化下去(qu)。雖(sui)然(ran)聽起來像是個接近(jin)“永動(dong)機(ji)”的(de)悖論，但時間(jian)(jian)晶體(ti)在技術上(shang)并未違反熱(re)力學(xue)定律(lv)。
哈佛大學研(yan)究團隊指出，能(neng)量在整個系統中依然(ran)守恒 —— 只是(shi)熵（一種無序的(de)度量）沒有減少，而是(shi)保持不變(bian)。
以 Google 的 Sycamore 量(liang)子處(chu)理器為例(li)，為啟動時間晶體，研究團隊(dui)用激光破壞了(le) 20 個量(liang)子比(bi)特(te)的晶格(ge)。
然后每兩次激光脈沖，量子比特只會發生一次自旋(xuan)翻轉(zhuan) —— 這打(da)破了時(shi)間平移的對稱性，并創(chuang)建(jian)出(chu)了時(shi)間晶體。
更重要(yao)的是，這(zhe)(zhe)是晶體首次表現出(chu)‘多(duo)體定位’（many-body localization），這(zhe)(zhe)種現象使它(ta)們(men)保持著穩定。
在這(zhe)場特(te)殊的實驗期間(jian)，科學家們只對這(zhe)個系統保持(chi)了數百(bai)個周期的觀察。但(dan)他們表示，理論上是可以借助量子計算(suan)機本身運(yun)行(xing)的模擬(ni)，來(lai)驗證時(shi)間(jian)晶體的長期穩定(ding)性的。
截圖（來自：Nature）
研究(jiu)合著者羅德里奇·莫(mo)斯(si)納（Roderich Moessner）表示：
我們設(she)法利用量子(zi)計(ji)算機的多功能(neng)性(xing)(xing)，來幫助我們分析其自身的局限性(xing)(xing)。它(ta)基(ji)本上能(neng)夠高速我們如何糾正自己的錯(cuo)誤，以(yi)便(bian)通過有限時間的觀察，來確定理想狀況下的時間-結晶模式。
有關這(zhe)項研究(jiu)的(de)詳情，已(yi)經發表(biao)在近日出版的(de)《自然》雜志上，原標題(ti)為《Time-Crystalline Eigenstate Order on a Quantum Processor》。
