你可能很熟悉地球上日常生活中物質(zhì)的基本狀態(tài)——固體、液體和氣體。
但這三種不同類型的物質(zhì)，每種看起來和行為都不同，它們并不是整個宇宙離它很遠?？茖W家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)（或創(chuàng)造）了數(shù)十種更奇特的物質(zhì)狀態(tài)，通常有著神秘而奇特的名字：超流體、玻色-愛因斯坦凝聚體和中子簡并物質(zhì)等等。
在過去的幾年里，世界各地的物理學家一直在構(gòu)建另一種物質(zhì)狀態(tài)：“時間晶體”。如果這看起來像是B級電影中的技術(shù)嘮叨，那么它就不再是技術(shù)嘮叨了。利用量子計算機，一些研究人員創(chuàng)造了一種時間晶體，他們認為，它在物理世界中牢固地建立了時間晶體。
研究人員尚未正式公布他們的研究成果，但上個月，他們在ArXiV網(wǎng)站上發(fā)布了一份預(yù)印本（一篇尚未經(jīng)過同行編輯的科學論文）。
那么時間晶體到底是什么呢？它可能聽起來像是讓時間機器運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部件，某種未來的電源，或者可能是一個失落的外星文明的產(chǎn)物。但是，對于科學家來說，時間晶體實際上是更微妙的東西：對物理定律的好奇心。
定義任何bog標準晶體（如鉆石、祖母綠，甚至是立方體）的是，晶體的原子在空間中以某種方式排列成重復(fù)的圖案。空間有三個維度，時間是第四個維度。因此，物理學家們想知道，晶體的原子是否可以在時間上以重復(fù)的模式排列。
實際上，這是這樣的。你創(chuàng)造了一個原子以一種狀態(tài)開始的晶體。如果你用微調(diào)的激光轟擊晶體，這些原子可能會翻轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)，然后翻轉(zhuǎn)回來，然后再次翻轉(zhuǎn)等等，所有這些實際上都不會吸收激光的任何能量。
如果你退一步，你剛剛創(chuàng)造的是一種物質(zhì)狀態(tài)，它永遠在運動，無限期，沒有吸收任何能量。
這不是一個小壯舉。它違背了經(jīng)典物理學最神圣的原則之一：熱力學第二定律。該定律表明，熵或無序的量總是傾向于增加。把它想象成花瓶，在桌子邊搖搖欲墜。宇宙想要推倒花瓶，讓它在地板上碎裂。要把它拼合起來，你必須投入能量。
時間晶體實際上是一個相當新的概念，由諾貝爾獎獲得者弗蘭克·威爾切克（Franck Wilczek）于2012年首次提出。當時并非所有物理學家都接受這一理論，一些人聲稱熱力學第二定律將支持其法律主義。
當然，堅定的研究人員發(fā)現(xiàn)了漏洞。2016年，馬里蘭大學（University of Maryland）的物理學家成功地從鐿原子的集合中合成了一個粗糙的時間晶體。其他團體已經(jīng)在鉆石內(nèi)部創(chuàng)造了時間晶體。
但最近這些水晶修補匠做了一些不同的事情。他們轉(zhuǎn)向谷歌，使用了量子計算機：一種利用量子力學怪癖的設(shè)備，量子力學是一種看似神秘的物理，以最小的尺度引導(dǎo)宇宙。量子計算機不像日常使用的“經(jīng)典”計算機那樣使用硅塊，而是直接使用原子或粒子。這使得物理學家能夠進行傳統(tǒng)計算機難以進行的實驗，因為量子物理學讓粒子在一個位置上成為多個物體，讓粒子在看似不可能的距離上相互作用，這變得相當深奧。
芝加哥郊區(qū)專注于高端粒子物理的國家實驗室費米實驗室（Fermilab）的量子計算機研究員加布里埃爾·珀杜（GabrielPerdue）表示，傳統(tǒng)計算機的“模擬規(guī)則的能力……變得更加困難”。
但是，通過在量子計算機處理器中排列粒子，可以真正地研究微小粒子系統(tǒng)，就好像它們是構(gòu)建塊一樣。這是一種強大的能力，在非量子世界中你不會看到太多。
“我們不會通過建造微型棒球運動員和進行模擬來計算棒球能跑多遠，”珀杜說。但他說，研究人員使用谷歌的量子計算機來制作他們的時間晶體，就是在非常小的規(guī)模上做一些非常類似的事情。
在這種情況下，物理學家可以提取原子，重新排列它們，然后用激光脈沖它們來驅(qū)動時間晶體。該裝置使研究人員能夠制造出比之前任何時間晶體都大的時間晶體。雖然以前的許多時間晶體持續(xù)時間很短，并且在幾個來回翻轉(zhuǎn)周期內(nèi)被解開，但這項最新的時間晶體研究背后的科學家們對他們所創(chuàng)造的東西的穩(wěn)定性感到驚訝。
“對我來說，最激動人心的是，”珀杜說，“這是一個使用量子計算機來真正模擬量子物理系統(tǒng)的演示，并以一種非常新穎和激動人心的方式對其進行研究?！?/p>
那么，這些時間晶體真的會帶來新一波的時間機器嗎？
可能不會。但它們可能有助于使量子計算機變得更強大。工程師們多年來一直在努力創(chuàng)造一些可以作為量子計算機內(nèi)存的東西；有些相當于支撐傳統(tǒng)計算機的硅。物理學家認為，時間晶體可以達到這一目的。
珀杜說，這個實驗也證明了量子計算機在科學研究中的力量。“同一個平臺可以讓你很容易地模擬一些很酷的算法，”他說，“同樣的平臺也能很好地工作，我認為更好的是，可以模擬這些類型的系統(tǒng)。”
