物理學(xué)家創(chuàng)造了一種新的物質(zhì)形態(tài)，該物質(zhì)的原子不僅在空間上呈現(xiàn)周期性結(jié)構(gòu)，同時(shí)在時(shí)間上亦是如此?？茖W(xué)家將其命名為“時(shí)間晶體”——曾被認(rèn)為不可能存在的物質(zhì)。

然而現(xiàn)在，兩個(gè)獨(dú)立研究已經(jīng)成功創(chuàng)造出了時(shí)間晶體，并發(fā)表于同行評(píng)審的雜志上。

物理學(xué)家表示，時(shí)間晶體打開了一個(gè)全新的非平衡相物質(zhì)世界，并且有一天可被用于開發(fā)超級(jí)安全的量子計(jì)算機(jī)。

雖然諸如冰或金剛石等晶體的原子在空間上按一定周期性結(jié)構(gòu)排列，但是時(shí)間晶體的晶體結(jié)構(gòu)還在時(shí)間維度上重復(fù)。根據(jù)研究人員，時(shí)間維度上的重復(fù)似乎違反了大自然規(guī)律。

在馬里蘭大學(xué)聯(lián)合量子研究所(JQI)的實(shí)驗(yàn)中，研究人員與加州大學(xué)伯克利分校的一個(gè)小組合作，通過誘導(dǎo)在一條十個(gè)鐿離子鏈中的三種類型激光驅(qū)動(dòng)行為來創(chuàng)造時(shí)間晶體。

他們使用激光脈沖來轟擊離化態(tài)原子來創(chuàng)造一個(gè)磁場(chǎng)，而用另一束激光來翻轉(zhuǎn)原子的自旋方向。然后一遍又一遍地重復(fù)這個(gè)過程，最終原子進(jìn)入在時(shí)間上重復(fù)的翻轉(zhuǎn)模式。

并且，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)鐿離子的翻轉(zhuǎn)周期恰好是激光驅(qū)動(dòng)周期的2倍。這真的很神奇，就像一個(gè)人每秒彈奏鋼琴鍵兩次，但聲音只出來一秒。

來自哈佛大學(xué)的第二組研究人員也與伯克利物理學(xué)家Norman Yao進(jìn)行合作，他們利用人造金剛石的人工晶格開發(fā)出了時(shí)間晶體。盡管方法不同，但都成功地創(chuàng)造出時(shí)間晶體。

兩項(xiàng)研究成果都發(fā)表在本周的有關(guān)雜志上。

這種奇怪的時(shí)間晶體是由相互作用的原子組成，它們永遠(yuǎn)都不會(huì)達(dá)到熱平衡狀態(tài)，不斷地在時(shí)間空間上進(jìn)行重復(fù)。

然而，研究人員解釋，僅僅重復(fù)還是不夠的。如果把一堆臺(tái)球放在一張臺(tái)球桌上，每個(gè)臺(tái)球的距離為10厘米，那這是晶體嗎?顯然不是，只要稍微搖晃臺(tái)球桌，這種結(jié)構(gòu)就會(huì)土崩瓦解。為了使結(jié)構(gòu)保持完整性，晶體必需要有足夠穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)節(jié)奏。

時(shí)間晶體的概念誕生于2012年，由物理學(xué)家Frank Wilczek首次提出。隨著最近研究的突破，物理學(xué)家認(rèn)為時(shí)間晶體對(duì)未來的量子計(jì)算也有一定幫助。

參與該研究的物理學(xué)家Christopher Monroe表示，這種新的物質(zhì)狀態(tài)來自于在單個(gè)原子層面的眾多量子控制之間的復(fù)雜相互作用。

不過，時(shí)間晶體也可能被用于某些固態(tài)器件中，因此，對(duì)這種現(xiàn)象的一般理解有助于把這樣的體系引入未來的量子器件之中。