陈根：量子计算机打造出时间晶体，永动机成真？_风闻

文|陈根

固体、液体、气体是我们已经十分熟悉的几种物质状态，但是，它们远不是整个物质宇宙的全貌。迄今为止，科学家们已经发现或创造了数十种更为奇特的物质状态。时间晶体，就是过去几年新出现的一种物质状态，世界各地的物理学家一直尝试构建它。

时间晶体”这一概念由诺贝尔物理学奖得主Frank Wilczek在2012年首次提出。与水晶的结构在空间中重复类似，时间晶体在时间上呈周期性重复——它不需要任何进一步的能量输入就能够无限重复，像“永动机”一样。

离散时间晶体(DTC)是物质的一种非平衡相，它会自发地打破时间平移对称，而无序多体局部化可以通过打破遍历性和防止热化来稳定DTC相位。近日，研究人员在谷歌的量子处理器 Sycamore 中展示了一种时间晶体。

**该团队用激光击溃了一个由20个量子位（信息的量子位）组成的晶格，以启动“滴答”。**每两个激光脉冲，量子位只会翻转一次自旋，打破时间平移对称性，形成时间晶体。这是第一次晶体表现出“多体定位”，这种现象使它们保持稳定。

量子计算机基于量子力学的原理运行。在很多人眼里，量子力学是一种看似神秘的物理学，但却在最微小的尺度上引导宇宙。而量子计算机与我们日常使用的经典计算机最不同的是，它基于原子或粒子在看似不可能的距离上相互作用进行计算操作。

谷歌量子计算团队在 2019 年首次实现了量子优越性，因超越常规计算机的能力登上了 Nature 封面。不过当时展示的算法是为了速度目标而设计的，并不具有基础科学探索意义。新的时间晶体研究标志着量子计算机第一次站在了前人无法企及的高度。

总的来说，该研究****证明了长寿命倍周期振荡，并证实了它们对一般初始态的鲁棒性，从而在多体光谱中显示了典型的时间晶序。目前，相关研究成果“Many-body-localized discrete time crystal with a programmable spin-based quantum simulator”，已发表在《科学》期刊上。