時間晶體首次實現配對運作 可用於量子電腦

新實驗造出了兩個時間晶體，第一次讓它們互相接觸，觀察到它們共存了超過15分鐘。

所謂晶體，就是內部結構在空間上按照特定規律重複排布的物質，比如鹽、雪花等物體；而時間晶體則是內部的結構按照一定的時間規律重複的物質。

時間晶體的概念最早於2012年提出，2016年一組科學家第一次提出了一份具體的設計藍圖。時間晶體是存在於量子世界的物質，它的特性違背物理常識規律，但是遵循量子物理學的規律。比如，其內部的分子可以呈現永動機一樣的運動模式。

6月2日發表於《自然·通訊》（Nature Communications）期刊的一份研究稱，這種物質不僅能被造出來，而且有希望應用於各種設備。

這項研究的負責人英國蘭卡斯特大學（Lancaster University）物理系的薩穆利·奧蒂（Samuli Autti）說：「大家都認為永動機是不可能存在的。可是，在量子力學領域，永動的狀態是可行的，只要你閉上眼睛。」

奧蒂指的是量子力學中的海森堡（Heisenberg）測不準原理，意即量子系統一旦被測量或被觀測到，系統的波函數就會坍塌。所以，理論上時間晶體只能和環境隔絕、孤立地存在。一旦被觀測，它們就完全坍塌，這極大限制了這種物體能夠存在的時間。然而這份研究不僅造出了兩個時間晶體，而且讓它們維持了十幾分鐘。

研究組把氦3（Helium-3）冷卻到0.0001K的低溫，這僅比絕對零度高出萬分之一度。在此低溫下，氦3變成了超流體。在此狀態下，這種物質的粘稠度為零，粒子之間的摩擦運動不會損失動能，從而使得時間晶體內部的原子保持無止境的運動。

研究組在氦3超流體內造出了兩個時間晶體，並讓它們接觸，觀察它們的互動模式。研究稱，觀察到兩個時間晶體成對存在了大約1,000秒，也就是接近17分鐘後，它們的波函數才坍塌。

奧蒂說：「雖然時間晶體可能根本不應該存在，但是我們（不僅造出了這種物體）發現兩個時間晶體可以完美地共存。而且，我們已經知道時間晶體可以在室溫下運作。」

研究組稱，觀測到兩個時間晶體可以配對運作這具有重要意義。這說明時間晶體也可以作為量子電腦的基礎運算單元——量子比特。可是，量子電腦的處理器是很多量子比特互相連接構成的系統，因此這項研究展示的兩個時間晶體的合作，是證明它們可以用作量子比特所邁出的重要一步。

研究組表示，下一步將展示能夠用更多個時間晶體進行邏輯門運算。這是電腦處理器的基礎。#

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