时间晶体实现配对运作 可用于量子计算机

新实验造出了两个时间晶体，第一次让它们互相接触，观察到它们共存了超过15分钟。所谓晶体，就是内部结构在空间上按照特定规律重复排布的物质，比如盐、雪花等物体；而时间晶体则是内部的结构按照一定的时间规律重复的物质。

时间晶体的概念最早于2012年提出，2016年一组科学家第一次提出了一份具体的设计蓝图。时间晶体是存在于量子世界的物质，它的特性违背物理常识规律，但是遵循量子物理学的规律。比如，其内部的分子可以呈现永动机一样的运动模式。

6月2日发表于《自然·通讯》（Nature Communications）期刊的一份研究称，这种物质不仅能被造出来，而且有希望应用于各种设备。

这项研究的负责人英国兰卡斯特大学（Lancaster University）物理系的萨穆利·奥蒂（Samuli Autti）说：“大家都认为永动机是不可能存在的。可是，在量子力学领域，永动的状态是可行的，只要你闭上眼睛。”

奥蒂指的是量子力学中的海森堡（Heisenberg）测不准原理，意即量子系统一旦被测量或被观测到，系统的波函数就会坍塌。所以，理论上时间晶体只能和环境隔绝、孤立地存在。一旦被观测，它们就完全坍塌，这极大限制了这种物体能够存在的时间。然而这份研究不仅造出了两个时间晶体，而且让它们维持了十几分钟。

研究组把氦3（Helium-3）冷却到0.0001K的低温，这仅比绝对零度高出万分之一度。在此低温下，氦3变成了超流体。在此状态下，这种物质的粘稠度为零，粒子之间的摩擦运动不会损失动能，从而使得时间晶体内部的原子保持无止境的运动。

研究组在氦3超流体内造出了两个时间晶体，并让它们接触，观察它们的互动模式。研究称，观察到两个时间晶体成对存在了大约1,000秒，也就是接近17分钟后，它们的波函数才坍塌。

奥蒂说：“虽然时间晶体可能根本不应该存在，但是我们（不仅造出了这种物体）发现两个时间晶体可以完美地共存。而且，我们已经知道时间晶体可以在室温下运作。”

研究组称，观测到两个时间晶体可以配对运作这具有重要意义。这说明时间晶体也可以作为量子计算机的基础运算单元——量子比特。可是，量子计算机的处理器是很多量子比特互相连接构成的系统，因此这项研究展示的两个时间晶体的合作，是证明它们可以用作量子比特所迈出的重要一步。

研究组表示，下一步将展示能够用更多个时间晶体进行逻辑门运算。这是电脑处理器的基础。