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80多位物理学家参与论文撰写,谷歌称已用量子计算机造出时间晶体

2021-08-01 19:35654370

说到这里尹璋琦打了个比方,处于离散时间晶体态的 “鼓”,敲它两下(或者更多)才会响一声,也就是说鼓的响应少于外界对它的驱动。假如驱动周期是一秒钟,而鼓震动的周期是两秒钟,也就是鼓不按照外界的驱动来走,这就等于鼓的时间平移性被破缺了。

简单来说,时间晶体一旦处于激活状态,不需要能量输入就可以不断地、有规律地 “左右横跳”。因为其运动具有周期性,所以在一个特定时间点观察时间晶体,就一定会得到期望看到的样子。

不同团队的殊途同归?

一直以来,关于时间晶体的研究,都有几条路线,其中有两条路线比较知名。

第一条路线发生在 2015 年,也是本次谷歌团队联合开发的路线。该团队发现,在特定方式下如果用激光刺激上述系统,粒子就会来回反复翻转,在两个截然相反的多体局域化状态之间,粒子会进行永远的重复循环,并且不会从激光中吸收任何净能量。

当时他们并未把该成果与 “时间晶体” 联系起来,只是发表了论文,并用 “第一个多体、非平衡的相” 阐述了这种新型物质状态,后来在一名审稿人的提醒下,他们才将该成果与 “时间晶体” 联系起来。

图 | 用于存放谷歌量子处理器的低温恒温器(来源:资料图)

第二条路线指的是,韦尔切克此前的学生、现为加州大学圣塔芭芭拉分校理论物理学家的切坦・纳亚克(Chetan Nayak),与马里兰大学的物理学家克里斯・门罗(Chris Monroe)联合使用电磁场来捕获和控制离子。2017 年,该团队的相关论文发表在 Nature 上。

尹璋琦评价称,2017 的实验只有十个量子比特,且只能在特定初态下看到离散时间晶体,系统稳定性不足。而本次的谷歌实验是三年前的后继,其更加符合理论构想和设计,即在更大的系统和更一般的初态中做出了时间晶体,也做出了一些非平衡的相变。

牛津大学凝聚态物理学家约翰・查尔克(John Chalker)持有相同观点,他告诉媒体:“有充分的理由认为,此前的实验都没有完全成功,量子计算机将特别适合此类工作,比那些早期实验做得更好。”

就在 2021 年 6 月,纳亚克团队在 Science 上发表论文称,他们用被捕获的离子实现了与时间晶体很相似的状态,其在两种状态之间转换的周期性变化,和真正的时间晶体非常相似。

这种状态不是永恒的,如果实验运行的足够长,系统就会趋于平衡,循环也会被破坏。纳亚克评价自己的成果称:“有了时间晶体,时间似乎突然与其他三个维度站在一起了。”

但也有人不同意这种说法,认为 “目前的时间晶体仍不能完美地统一时间和空间”。不过,在探索量子计算机的可能性的推动下,未来将出现更多讨论。凝聚态物理学的研究重点,也可能会从研究大自然赋予我们的东西,转变为想象量子力学允许的奇特物质形式。

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