打破了物理常識的時間晶體，會是量子計算機的救世主嗎？

原標題：打破了物理常識的時間晶體，會是量子計算機的救世主嗎？

我們對于“時間”這個詞好像有種執(zhí)念，對于人類來說，時間代表著一種不可抗拒、無處可逃的力量。世間萬物，除了時間自己之外，沒有什么是永恒的。所以那些接近永恒的事物，總會受到我們的追捧，比如“一顆恒久遠”的鉆石。

但如果告訴你，這世界上有一種物質(zhì)是超越了時間的存在，比任何現(xiàn)有的寶石、化石、生物冷凍技術(shù)都接近“永恒”，你相信嗎？

這神乎其神的物質(zhì)，就是“時間晶體”（Time Crystal）。

永不停止的時間，永遠運動的原子

時間晶體的概念，是在2012年由諾貝爾獎得主、麻省理工教授維爾切克首次提出。所謂晶體，就是像冰塊、食鹽、鉆石等等的結(jié)晶體，這些晶體內(nèi)部的原子自發(fā)的排列成有序結(jié)構(gòu)，就變成了那些晶瑩剔透的、存在于三維空間上的晶體。

而維爾切克提出的時間晶體概念，是存在四維空間上的晶體，內(nèi)部原子不受外力控制，而是隨著時間流逝自發(fā)的進行周期性的變化。

舉個不太恰當?shù)睦?，這就像一杯水在溫度完全不變的情況下，每隔十五分鐘就會變成冰，然后再融化成水。循環(huán)往復(fù)，永不停止。

這一理念的提出，可以說是一種對物理學(xué)新紀元的展望。

世界中的物質(zhì)基本都是處于“平衡態(tài)”之中的，在沒有能量、不受力的情況下無法進行任何運動。又或者說，平衡態(tài)物質(zhì)耗費能量最少的狀態(tài)，就是一動不動的狀態(tài)。

時間晶體則是一種非平衡態(tài)的物質(zhì)，在不受外力的作用下仍然是周期運動的狀態(tài)，而這種周期運動狀態(tài)也是時間晶體耗費能量最少的狀態(tài)。這就使時間晶體成為了區(qū)別于“動態(tài)”與“靜態(tài)”之外的“顫態(tài)”。

時間晶體從哪來？或許在兒童玩具中就能找到

這樣看來，所謂的時間晶體似乎給人一種很玄乎的感覺?？稍谧罱鼛啄辏嘘P(guān)時間晶體的研究已經(jīng)從理論步入現(xiàn)實，開始有科學(xué)家們陸陸續(xù)續(xù)的制造出時間晶體。

例如馬里蘭大學(xué)利用激光磁場改變鐿離的自旋狀態(tài)，使其產(chǎn)生自己的震動頻率。加州大學(xué)伯克利分校的研究人員則選擇建立離子陷阱，用靜態(tài)磁場促使離子運動。而就在最近幾天，耶魯大學(xué)的研究人員甚至在磷酸一銨中找到了時間晶體的信號，磷酸一銨則是在“自種水晶”玩具中非常常見的物質(zhì)。

雖然上述對時間晶體的研究都還是在外力干涉之下改變物質(zhì)的固有狀態(tài)，相比理論中的時間晶體，多少都有點貨不對板。但這一系列的實驗都表明，時間晶體距離我們并不遙遠。

如何利用超越時間與熵力的力量？

這種神奇晶體的實際用處，也是吸引科學(xué)家們廣泛關(guān)注的一個原因。在萬智牌中，有一張名為“白金皇像”，對于這張牌的解釋是“它忽視時間、熵力、死亡這些微不足道的力量”。

這句牛X閃閃的話，簡直是時間晶體的最佳Slogan。

時間晶體的運行機制類似于超導(dǎo)體，在極低溫的狀態(tài)下仍然可以運載電流，保持永久性運行。也就是說即使宇宙進入了永遠黑暗、永遠寒冷的熱寂狀態(tài)，一切物質(zhì)都無法獲得使自身運行的能量，可時間晶體仍然不受影響，繼續(xù)工作。

在這一特性之下，關(guān)于時間晶體的應(yīng)用價值有著許多猜想。

比如很多人認為永遠呈周期性運動的時間晶體是一種永動機，但很快這種說法就被“辟謠”了。因為周期性運動的顫態(tài)是時間晶體耗費能量最少的狀態(tài)，也就無法從這一狀態(tài)中提取能量。又比如說有人聲稱時間晶體可以成為“時間膠囊”，永久的保存人的記憶，并且循環(huán)播放那些美好時光。實際上這也是一種理想化的猜想，先不提如何在時間晶體上編程，提取記憶這件事我們還沒弄明白呢。

從實際角度而言，在短時間內(nèi)時間晶體有以下三種作用。

第一是在量子模擬上，由于量子計算的相干特性，一些量子模擬研究研究需要在零下兩百攝氏度左右的極低溫度中才能穩(wěn)定進行，這就給量子計算的普及帶來很大困難。而時間晶體的周期運動特性更加穩(wěn)定，不受熱力影響。可以作為量子模擬系統(tǒng)的元件，讓量子模擬運行的成本更低。

第二是在超高靈敏傳感器上，傳統(tǒng)的傳感材料，例如鉆石，只能有限的接受溫度、磁場等等的變化，如果信息過多就會導(dǎo)致量子態(tài)混亂。而時間晶體的穩(wěn)定特性使其可以接受大量的變化信號，去檢測細胞活性、原子層厚度等等的變化。這樣穩(wěn)定的高敏感傳感器，會讓生物醫(yī)學(xué)產(chǎn)生突飛猛進的發(fā)展。

第三是在量子計算機上，制造量子計算機的一大難點就是找到一種材料，既可以大量讀寫儲存，又可以保持恒定運動的量子態(tài)。目前看來，穩(wěn)定的時間晶體擁有絕佳的儲存能力，很可能就是最適合的材料。

雖然在今天，我們距離時間晶體的實際應(yīng)用還有一段不短的距離。但是當基礎(chǔ)物理與科技工藝一同發(fā)展時，量子計算、記憶儲存、生物醫(yī)學(xué)等等方面的突破卻距離我們越來越近了。

在不斷試圖戰(zhàn)勝時間的路途中，一次次的推翻這個世界的既定理論。或許這才是人類真正的偉大之處吧。

生成海報

免責(zé)聲明：本網(wǎng)站內(nèi)容主要來自原創(chuàng)、合作伙伴供稿和第三方自媒體作者投稿，凡在本網(wǎng)站出現(xiàn)的信息，均僅供參考。本網(wǎng)站將盡力確保所提供信息的準確性及可靠性，但不保證有關(guān)資料的準確性及可靠性，讀者在使用前請進一步核實，并對任何自主決定的行為負責(zé)。本網(wǎng)站對有關(guān)資料所引致的錯誤、不確或遺漏，概不負任何法律責(zé)任。任何單位或個人認為本網(wǎng)站中的網(wǎng)頁或鏈接內(nèi)容可能涉嫌侵犯其知識產(chǎn)權(quán)或存在不實內(nèi)容時，應(yīng)及時向本網(wǎng)站提出書面權(quán)利通知或不實情況說明，并提供身份證明、權(quán)屬證明及詳細侵權(quán)或不實情況證明。本網(wǎng)站在收到上述法律文件后，將會依法盡快聯(lián)系相關(guān)文章源頭核實，溝通刪除相關(guān)內(nèi)容或斷開相關(guān)鏈接。