最新的时间晶体创新可能会扩展量子力学的已知边界。
最新的时间晶体创新可能会扩展量子力学的已知边界。 （图片来源：WashU）
物理学家创造了一种新型的时间晶体，可能有助于证实有关量子相互作用的一些基本理论。
标准时间晶体是物质的一个新相，具有永动机而不消耗能量。据圣路易斯华盛顿大学物理学助理教授、该团队的首席研究员之一 Chong Zu 称，时间晶体类似于传统晶体。
然而，Zu 说，与传统晶体在空间的物理维度上重复一种模式不同，时间晶体重复一种运动模式，随着时间的推移以相同的方式重新排列其原子。这会导致时间晶体以设定的频率振动。
理论上，时间水晶能够在不需要任何额外动力的情况下无限循环穿过同一图案——就像永远不需要上链的手表一样。然而，现实情况是，时间晶体非常脆弱，因此很容易屈服于环境压力。
尽管时间晶体自 2016 年以来就已经存在，但一个团队取得了前所未有的成就：他们创造了一种称为时间准晶体的新型时间晶体。准晶体是一种固体，与普通晶体一样，原子以特定的、非随机的方式排列，但没有重复的图案。
这意味着，与一遍又一遍重复相同模式的标准时间晶体不同，时间准晶体永远不会重复它排列原子的方式。因为没有重复，所以晶体以不同的频率振动。正如研究人员在发表在《物理评论 X》杂志上的研究结果中所说，时间准晶体“是有序的，但显然不是周期性的”。
如何构建准晶为了制造这些新的时间准晶体，研究人员从一块毫米大小的钻石开始。然后，他们用强大的氮束轰击钻石，在钻石的结构内部创造空间。氮取代了钻石内部的碳原子，留下了空的原子室。
大自然讨厌真空，因此电子迅速流入这些空隙，并立即开始在量子水平上与相邻的粒子相互作用。每次准晶体代表钻石内部超过一百万个空隙的网络，尽管每个空隙的尺寸只有一微米（百万分之一米）。
“我们使用微波脉冲来启动时间准晶体的节奏，”麻省理工学院研究员、该论文的合著者叶炳天在一份声明中说。“微波炉有助于及时创造秩序。”
潜在应用Zu 表示，该团队研究最重要的成果之一是它证实了量子力学的一些基本理论。然而，时间准晶体可能在精确计时、量子计算和量子传感器技术等领域具有实际应用。
对于传感器来说，晶体的脆弱性和敏感性实际上是一个福音;因为它们对磁场等环境因素非常敏感，所以可以用来制造极其精确的传感器。
对于量子计算，材料的潜在永动机质量是关键。
“它们可以长时间存储量子内存，本质上就像 RAM 的量子类似物，”Zu 说。“我们离那种技术还有很长的路要走，但创造一个时间准晶体是关键的第一步。”
