物理学家首次观察到时间晶体的相互作用

物理学家首次观察到时间晶体的相互作用

英国,芬兰和俄罗斯的科学家有史以来第一次目睹了两种时间晶体之间的相互作用,这代表了物质研究新阶段。研究结果发表在《自然材料》杂志上。

据外媒报道,人类将很快对时间晶体拥有更多的了解,这种奇怪的物质相似乎打破了时间平移对称性–直到最近它仍旧被认为是不可能的。现在,科学家首次观察到了两种时间晶体的相互作用,这可能是将它们用于量子计算等实际应用而迈出的第一步。

规则晶体由其高度有序的原子结构定义–从某种意义上说,它们的原子会在空间中重复出现。但是否也有晶体可以通过时间重复呢?这是诺贝尔奖得主弗兰克·威尔切克在2012年提出的假设,后来在2016年,这些时间晶体首次在实验室中被创造出来。

时间晶体有着一种奇异的能力,即使没有外力驱动,它也可以在时间里重复运动模式。这里不妨做个简单的例子来形象地描述下这种现象,如果轻拍果冻我们会看到它会晃动几秒钟然后停止,然后当我们再次轻拍它又会重复这个过程。时间晶体可能需要几秒钟的时间来开始抖动然后停止,但它自己会重新开始并无限重复。虽然它们可能对我们的日常物理经验没有什么意义,但特别有意义的是,它们没有违反任何热力学定律。

现在,科学家们在该领域去了一个重要突破–他们观察到了两种时间晶体的相互作用。来自耶鲁大学、兰开斯特大学、阿尔托大学以及伦敦皇家霍洛威大学的研究人员从氦-3的超流体形式开始着手。

研究小组先将氦-3冷却到绝对零度以上(-273.15摄氏度),然后在超流体中制造了两个时间晶体并让它们相互接触。他们观察到这两个时间晶体让粒子在彼此之间来回移动从而导致它们的运动呈现出交替的模式。据悉,这是一种被叫做约瑟夫森效应现象的发生信号。

“控制两种时间晶体的相互作用是一项重大成就,”这项新研究的论文第一作者Samuli Autti指出,“在此之前,没有人在同一个系统中观察到过两个时间晶体更不用说看到它们之间的相互作用了。受控交互是任何希望利用时间晶体进行实际应用的人的愿望清单上的第一项。”

目前,量子计算机的主要问题是信息很难长时间保持连贯或稳定。但时间晶体却能相对容易地做到这点,这意味着它们可以帮助克服这些问题。另外,它们还可能为计时技术如原子钟以及依赖于它们的系统如GPS带来更加紧缺的计算能力。[cnbeta]

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