科学家造出神奇“时间晶体”:简直反物理

2017-03-10 10:11:34
来源:怪罗天下
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物理学家创造了一种新的物质形态,该物质的原子不仅在空间上呈现周期性结构,同时在时间上亦是如此。科学家将其命名为“时间晶体”——曾被认为不可能存在的物质。然而现在,两个独立研究已经成功创造出了时间晶体,并发表于同行评审的杂志上。

物理学家表示,时间晶体打开了一个全新的非平衡相物质世界,并且有一天可被用于开发超级安全的量子计算机。

虽然诸如冰或金刚石等晶体的原子在空间上按一定周期性结构排列,但是时间晶体的晶体结构还在时间维度上重复。根据研究人员,时间维度上的重复似乎违反了大自然规律。

在马里兰大学联合量子研究所(JQI)的实验中,研究人员与加州大学伯克利分校的一个小组合作,通过诱导在一条十个镱离子链中的三种类型激光驱动行为来创造时间晶体。

他们使用激光脉冲来轰击离化态原子来创造一个磁场,而用另一束激光来翻转原子的自旋方向。然后一遍又一遍地重复这个过程,最终原子进入在时间上重复的翻转模式。

并且,研究团队发现镱离子的翻转周期恰好是激光驱动周期的2倍。这真的很神奇,就像一个人每秒弹奏钢琴键两次,但声音只出来一秒。

来自哈佛大学的第二组研究人员也与伯克利物理学家Norman Yao进行合作,他们利用人造金刚石的人工晶格开发出了时间晶体。尽管方法不同,但都成功地创造出时间晶体。

两项研究成果都发表在本周的《自然》(Nature)杂志上。

这种奇怪的时间晶体是由相互作用的原子组成,它们永远都不会达到热平衡状态,不断地在时间空间上进行重复。

然而,研究人员解释,仅仅重复还是不够的。如果把一堆台球放在一张台球桌上,每个台球的距离为10厘米,那这是晶体吗?显然不是,只要稍微摇晃台球桌,这种结构就会土崩瓦解。为了使结构保持完整性,晶体必需要有足够稳定的运动节奏。

时间晶体的概念诞生于2012年,由物理学家Frank Wilczek首次提出。随着最近研究的突破,物理学家认为时间晶体对未来的量子计算也有一定帮助。

参与该研究的物理学家Christopher Monroe表示,这种新的物质状态来自于在单个原子层面的众多量子控制之间的复杂相互作用。

不过,时间晶体也可能被用于某些固态器件中,因此,对这种现象的一般理解有助于把这样的体系引入未来的量子器件之中。

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