時間晶體是一種奇特的物質形態，在即使沒有外力輸入的情況下也能周期性重複運動，呈現永動機一樣的效果。

近期發表在《自然-材料》（Nature Materials）期刊上的研究，第一次通過實驗觀察到兩個時間晶體的互動。這對推動量子信息處理技術，以及在改善原子鐘、陀螺儀和GPS系統等方面都有重要應用。

這份研究的主要作者英國蘭開斯特大學（Lancaster University）的奧蒂（Samuli Autti）說：「控制兩個時間晶體的互動是一項重要的成就。在此之前，沒人見過位於同一系統內的兩個時間晶體，更不用說見到它們的互動。實現並觀察到時間晶體之間受控的相互作用，是將其用於量子信息處理等實際應用的第一步。」

時間晶體和金屬、岩石這些一般的晶體不一樣，後者由原子按照一定規律的模式重複排列形成，而時間晶體是一種四維晶體，在時空中擁有一種周期性結構。

2012年，諾貝爾獎獲得者弗蘭克威爾澤克（Frank Wilczek）首次提出了時間晶體這一概念。2016年，另一組科學家提出了第一份建構時間晶體的藍圖。

時間晶體展現奇異的恆定特性，即使沒有外力干預，它們內部的原子可以不停歇地振動、自旋，或先朝一個方向運動，之後朝另一個方向運動，展現一種永動的狀態。

這個研究組使用氦-3超流體進行了這項實驗。氦-3是氦元素的一種罕見的同位素。研究人員將超流體氦-3冷卻到0.0001開爾文，即只比絕對零度高出萬分之一度的低溫，在這種超流體內造出了兩個時間晶體，讓它們接觸。

研究人員觀察到兩個時間晶體發生互動，內部的組成粒子開始互相交換——從一個晶體流向另一個晶體後，又流回去，發生了所謂約瑟夫森效應（Josephson effect）。約瑟夫森效應是宏觀量子效應的一種體現。奧蒂說，時間晶體在不同的條件下仍可以自動保持內部相乾性，而保護相乾性正是高性能量子電腦的難點。此外，時間晶體還可用於改善原子鐘、陀螺儀、GPS等系統的性能。◇

 

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