陳根：量子計算機打造出時間晶體，永動機成真？_風聞

文|陳根

固體、液體、氣體是我們已經十分熟悉的幾種物質狀態，但是，它們遠不是整個物質宇宙的全貌。迄今為止，科學家們已經發現或創造了數十種更為奇特的物質狀態。時間晶體，就是過去幾年新出現的一種物質狀態，世界各地的物理學家一直嘗試構建它。

時間晶體”這一概念由諾貝爾物理學獎得主Frank Wilczek在2012年首次提出。與水晶的結構在空間中重複類似，時間晶體在時間上呈週期性重複——它不需要任何進一步的能量輸入就能夠無限重複，像“永動機”一樣。

離散時間晶體(DTC)是物質的一種非平衡相，它會自發地打破時間平移對稱，而無序多體局部化可以通過打破遍歷性和防止熱化來穩定DTC相位。近日，研究人員在谷歌的量子處理器 Sycamore 中展示了一種時間晶體。

**該團隊用激光擊潰了一個由20個量子位（信息的量子位）組成的晶格，以啓動“滴答”。**每兩個激光脈衝，量子位只會翻轉一次自旋，打破時間平移對稱性，形成時間晶體。這是第一次晶體表現出“多體定位”，這種現象使它們保持穩定。

量子計算機基於量子力學的原理運行。在很多人眼裏，量子力學是一種看似神秘的物理學，但卻在最微小的尺度上引導宇宙。而量子計算機與我們日常使用的經典計算機最不同的是，它基於原子或粒子在看似不可能的距離上相互作用進行計算操作。

谷歌量子計算團隊在 2019 年首次實現了量子優越性，因超越常規計算機的能力登上了 Nature 封面。不過當時展示的算法是為了速度目標而設計的，並不具有基礎科學探索意義。新的時間晶體研究標誌着量子計算機第一次站在了前人無法企及的高度。

總的來説，該研究****證明了長壽命倍週期振盪，並證實了它們對一般初始態的魯棒性，從而在多體光譜中顯示了典型的時間晶序。目前，相關研究成果“Many-body-localized discrete time crystal with a programmable spin-based quantum simulator”，已發表在《科學》期刊上。