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标题: 《自然》:美两大科研团队首次造出物质新形态时轴周期变 [打印本页]

作者: 顾汉现 时间: 2017-3-24 10:27
标题: 《自然》:美两大科研团队首次造出物质新形态时轴周期变
本帖最后由顾汉现于 2017-3-25 11:36 编辑

作者：张颉颃等来源：《自然》

发布时间：2017/3/20 14:14:27

美两大科研团队首次造出物质新形态时间轴呈现周期性变化时轴周期变

图为《自然》杂志封面的“时间晶体”示意图

对多数人而言，提到晶体就会联想到钻石等各种宝石，以及石英石等深受人们喜爱的贵重物品。但对物理学家来说，这些由规则原子结构在空间重复排列的晶体只代表冰山一角，原子结构还能在特定条件下沿着时间轴呈现周期性变化，即所谓的“时间晶体”。

《自然》杂志近日以“时间晶体”为封面，介绍了两篇重要论文，（论文一论文二）分别以哈佛大学和马里兰大学为首的两个科研团队，首次用不同方法同时制造出“时间晶体”，宣告了“时间晶体”不再只是科幻剧《神秘博士》中虚拟的“时空穿梭机”，而是一种实实在在的真实存在，更为人类研究物质特性打开了全新的思维方式。

什么是“时间晶体”

“时间晶体”理论最先由诺贝尔奖获得者、麻省理工学院物理学家弗兰克·维尔切克和同事于2012年提出，当时他们发表论文阐述了相关理论，认为“时间晶体”是一种处于基态（能量最低状态）可做周期运动的理论系统，其破坏了时间平移对称性，因此旋转时的能量比静止时还要低，能在不消耗能量的前提下以固定模式运动。

去年夏天，著名物理期刊《物理评论快报》刊登一篇论文，美国加州大学伯克利分校研究人员描述了制造“时间晶体”和测量其特性的方法。论文主要作者、该校助理教授姚颖在接受外媒采访中曾用果冻来形象解释“时间晶体”，认为与果冻受到反复拍打后出现的周期性晃动类似，“时间晶体”在受到冲击后原子结构也会在时间维度上周期性重现。

也有研究人员用海绵来帮助人们理解“时间晶体”的概念，当人们每次用同样力量捏海绵时，海绵会周期性呈现相同的形状，“时间晶体”内量子系统具有类似运动。

“时间晶体”真实存在

这次两个不同研究团队在制造“时间晶体”实验中，都运用到姚颖提出的方法，其名字同时出现在两篇论文的作者队伍中。姚颖表示，其团队在两组实验中扮演着理论假设与实际操作之间的桥梁作用，成功帮助他们以不同方式制造出“时间晶体”。

其中，马里兰大学张颉颃博士为首的科研团队将10个带电镱离子排成一条直线，再用一束激光轰击离子创造一个磁场，用另一束激光反转原子的自旋方向，一遍一遍地重复该过程，最终让原子进入在时间上重复的反转模式，从而制造出“时间晶体”。

而哈佛大学的科研团队以金刚石和其中100万个随机分布的氮—空位为实验平台，制备出一种离散型“时间晶体”。因实验样本大，这一方法暗示“时间晶体”在自然界中存在的可能性比想象的要高很多。

清华大学交叉信息院量子信息中心尹璋琦博士告诉科技日报记者，这次制造的“时间晶体”展现出来的运动周期与外加脉冲的周期不一样，比外加脉冲周期要长，是它的两倍、三倍或者更多倍。且在外加驱动下，系统很难演化到热平衡态。这意味着他们通过实验展现出“时间晶体”的核心概念——时间平移对称性的自发破缺。

物理学研究的新世界

姚颖认为，“时间晶体”是一种全新的物质形态，与过去半个世纪里一直研究的金属和绝缘体等平衡态物质不同，其处于一种非平衡态，将为物理学研究打开一个全新世界，回答与物质本性有关的各种基本问题。

尹博士表示，按照维尔切克的设想，有了“时间晶体”，人们就能开发出在三维空间和时间维度中结晶的时空晶体，未来对时空晶体进行编程，可设计出复杂的周期运动回路，代表不同比特和比特间的运算，然后将人脑意识上传到时空晶体中，保存人生中最美好最难忘的记忆。

现在，“时间晶体”已经制造成功，其实际运用或在不久后实现，将能帮助科学家开发出储存和处理数据的全新量子计算机，掀开量子计算的新篇章。（来源：科技日报聂翠蓉）

http://www.nature.com/nature/jou ... ll/nature21426.html

http://www.nature.com/nature/jou ... ll/nature21413.html

http://paper.sciencenet.cn/htmlpaper/201732014142766043152.shtm

作者: 顾汉现 时间: 2017-3-25 11:35
《自然》:美两大科研团队首次造出物质新形态2

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《自然》:美两大科研团队首次造出物质新形态

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