“時間晶體”相互作用首次發現

科技日報北京8月18日電 （記者劉霞）一個國際科研團隊在最新一期《自然·材料》雜誌撰文稱，他們首次觀察到了“時間晶體”的相互作用。最新研究有望促進量子信息處理技術的發展，改善當前的原子鐘技術，提高陀螺儀以及依賴原子鐘的系統（如GPS）的性能。

時間晶體是一種物質態，不同於金屬或岩石等標準晶體，後者由原子以規則的重複模式排列而成。2012年，諾貝爾獎獲得者弗蘭克·威爾澤克首次提出了時間晶體這一概念，並於2016年確定。時間晶體顯示出恆定不變的奇異特性，即使沒有外部輸入也能重複運動。它們的原子先在一個方向不停地振盪、旋轉或移動，然後再朝一個方向運動。

在最新研究中，來自英國蘭卡斯特大學、倫敦皇家霍洛威大學倫敦分校、美國耶魯大學和芬蘭阿爾託大學的國際團隊使用氦-3觀測了時間晶體。氦-3是氦罕見的同位素，缺少一箇中子。

研究人員將超流體氦-3冷卻到絕對零度（零下273.15攝氏度）附近，然後在超流體內部創建了兩個時間晶體，並使其接觸。

科學家觀察到兩個時間晶體相互作用，並交換組成顆粒——這些粒子從一個時間晶體流向另一種時間晶體，然後又返回，這種現象稱為約瑟夫森效應。

研究論文主要作者、英國蘭卡斯特大學的薩穆利·奧蒂博士説：“控制兩個時間晶體的相互作用是一項重大成就。此前，沒有人在同一系統中觀察到兩個時間晶體，更不用説看到它們相互作用了。實現並觀察到時間晶體的受控相互作用是將其用於量子信息處理等實際應用的第一步。”

奧蒂解釋道，因為儘管周圍環境變化，時間晶體仍會自動保持完整（相干），讓相干性延續時間儘可能長是發展強大的量子計算機必須要解決的主要“攔路虎”。此外，時間晶體也可用於改善原子鐘、GPS等系統的性能。

總編輯圈點

在晶體內，原子分子按照週期性結構重複排列。時間晶體，顧名思義，它在時間維度上仍然存在週期性重複的特徵。這種物質，在時間軸上自發保持週期性運動，不消耗外部能量。晶體恆久遠，一顆永流傳。時間晶體週期運動的特性穩定，也被認為是製作量子計算機的潛力材料。此文研究作者指出，時間晶體的受控交互，是將時間晶體用於實際應用的第一步。現在，科研人員觀察到了兩個時間晶體之間的交互，也算是將利用時間晶體這件事，往前推進了一點點。