近日，物理學家朝著科幻小說中的量子設備邁出了驚人的一步。
第一次，表現出像被稱為時間晶體的奇異物質狀態的粒子群，被連結到一個單一的、不斷發展的系統中，這一系統在量子計算中可能非常有用。
在兩年前的一篇論文中首次觀察到兩個時間晶體之間的相互作用之後，這是朝著將時間晶體潛在地用於實際目的(例如量子信息處理)邁出的第二步。
時間晶體在幾年前的2016年才被正式發現和證實，曾經被認為是物理上不可能的存在。它們是一種與普通晶體非常相似的物質相，但具有一種額外的和非常特殊的屬性。
在常規晶體中，原子排列在一個固定的三維網格結構中，就像鑽石或石英晶體的原子晶格一樣。這些重複的格子在配置上可能不同，但它們表現出的任何運動都完全來自外部推動。
在時間晶體中，原子的行為略有不同。它們表現出時間上的運動模式，而這些模式無法通過外部推動來輕易解釋。這些振盪——被稱為「滴答聲」——被鎖定在一個規則和特定的頻率上。
從理論上講，時間晶體在其可能的最低能量狀態(稱為基態)下滴答作響，因此在很長一段時間內都是穩定和連貫的。因此，規則晶體的結構在空間中重複，時間晶體，它在空間和時間中重複，從而表現出永久的基態運動。
「每個人都知道永動機是不可能的。」英國蘭開斯特大學的物理學家和主要作者 Samuli Autti說。「然而，在量子物理學中，只要我們閉上眼睛，永動機就可以了。通過這個裂縫，我們可以製造時間晶體。」
該團隊一直在使用的時間晶體由所謂的磁振子的准粒子組成。磁振子不是真正的粒子，而是由電子自旋的集體激發組成，就像通過自旋晶格傳播的波一樣。
當氦3被冷卻到僅比絕對零度高萬分之一度以內時，就會出現磁振子。這產生了所謂的 B相超流體，一種具有低壓的零粘度流體。
在這種介質中，時間晶體形成為空間上不同的玻色-愛因斯坦凝聚體，每個凝聚體都由一萬億個磁振子准粒子組成。
玻色子-愛因斯坦凝聚體是由玻色子冷卻到接近絕對零度(但沒有達到絕對零，此時原子停止移動)形成的。
這導致它們下沉到它們的最低能量狀態，移動極其緩慢，並聚集在一起足夠接近以重迭，產生高密度的原子云，就像一個「超級原子」或物質波一樣。
當兩個時間晶體被允許相互接觸時，它們交換了磁振子。這種交換影響了每個時間晶體的振盪，創建了一個可以在兩個離散狀態下運行的單一系統。
在量子物理學中，可以具有多個狀態的物體在被明確的測量確定之前存在於這些狀態的混合中。因此，在兩態系統中運行時間晶體提供了豐富的新選擇，可作為量子技術的基礎。
時間晶體作為量子比特部署是一種優異的方式，首先要解決大量的瓶頸。
今年早些時候，一個不同的物理學家團隊宣布他們已經成功地創造了不需要與周圍環境隔離的室溫時間晶體。
需要進一步開發時間晶體之間更複雜的相互作用及其精細控制手段，但科學家們持樂觀態度。
「事實證明，將它們中的兩個放在一起效果很好，即使時間晶體一開始就不應該存在。而且我們已經知道它們在室溫下也行。」
該研究已發表在《自然通訊》上。
