打破了物理常識(shí)的時(shí)間晶體，會(huì)是量子計(jì)算機(jī)的救世主嗎？

我們對(duì)于“時(shí)間”這個(gè)詞好像有種執(zhí)念，對(duì)于人類來說，時(shí)間代表著一種不可抗拒、無處可逃的力量。世間萬物，除了時(shí)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(huì)受到我們的追捧，比如“一顆恒久遠(yuǎn)”的鉆石。

但如果告訴你，這世界上有一種物質(zhì)是超越了時(shí)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(shí)間晶體”（Time Crystal）。

永不停止的時(shí)間，永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)的原子

時(shí)間晶體的概念，是在2012年由諾貝爾獎(jiǎng)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(shí)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(shí)間流逝自發(fā)的進(jìn)行周期性的變化。

舉個(gè)不太恰當(dāng)?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(huì)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(duì)物理學(xué)新紀(jì)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(jìn)行任何運(yùn)動(dòng)。又或者說，平衡態(tài)物質(zhì)耗費(fèi)能量最少的狀態(tài)，就是一動(dòng)不動(dòng)的狀態(tài)。

時(shí)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(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，而這種周期運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也是時(shí)間晶體耗費(fèi)能量最少的狀態(tài)。這就使時(shí)間晶體成為了區(qū)別于“動(dòng)態(tài)”與“靜態(tài)”之外的“顫態(tài)”。

時(shí)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(shí)間晶體似乎給人一種很玄乎的感覺。可在最近幾年，有關(guān)時(shí)間晶體的研究已經(jīng)從理論步入現(xiàn)實(shí)，開始有科學(xué)家們陸陸續(xù)續(xù)的制造出時(shí)間晶體。

例如馬里蘭大學(xué)利用激光磁場(chǎng)改變鐿離的自旋狀態(tài)，使其產(chǎn)生自己的震動(dòng)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(chǎng)促使離子運(yùn)動(dòng)。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(shí)間晶體的信號(hào)，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(duì)時(shí)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(shí)間晶體，多少都有點(diǎn)貨不對(duì)板。但這一系列的實(shí)驗(yàn)都表明，時(shí)間晶體距離我們并不遙遠(yuǎn)。

如何利用超越時(shí)間與熵力的力量？

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

這句牛X閃閃的話，簡(jiǎn)直是時(shí)間晶體的最佳Slogan。

時(shí)間晶體的運(yùn)行機(jī)制類似于超導(dǎo)體，在極低溫的狀態(tài)下仍然可以運(yùn)載電流，保持永久性運(yùn)行。也就是說即使宇宙進(jìn)入了永遠(yuǎn)黑暗、永遠(yuǎn)寒冷的熱寂狀態(tài)，一切物質(zhì)都無法獲得使自身運(yùn)行的能量，可時(shí)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(shí)間晶體的應(yīng)用價(jià)值有著許多猜想。

比如很多人認(rèn)為永遠(yuǎn)呈周期性運(yùn)動(dòng)的時(shí)間晶體是一種永動(dòng)機(jī)，但很快這種說法就被“辟謠”了。因?yàn)橹芷谛赃\(yùn)動(dòng)的顫態(tài)是時(shí)間晶體耗費(fèi)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(shí)間晶體可以成為“時(shí)間膠囊”，永久的保存人的記憶，并且循環(huán)播放那些美好時(shí)光。實(shí)際上這也是一種理想化的猜想，先不提如何在時(shí)間晶體上編程，提取記憶這件事我們還沒弄明白呢。

從實(shí)際角度而言，在短時(shí)間內(nèi)時(shí)間晶體有以下三種作用。

第一是在量子模擬上，由于量子計(jì)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(jìn)行，這就給量子計(jì)算的普及帶來很大困難。而時(shí)間晶體的周期運(yùn)動(dòng)特性更加穩(wěn)定，不受熱力影響?？梢宰鳛榱孔幽M系統(tǒng)的元件，讓量子模擬運(yùn)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(chǎng)等等的變化，如果信息過多就會(huì)導(dǎo)致量子態(tài)混亂。而時(shí)間晶體的穩(wěn)定特性使其可以接受大量的變化信號(hào)，去檢測(cè)細(xì)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(huì)讓生物醫(yī)學(xué)產(chǎn)生突飛猛進(jìn)的發(fā)展。

第三是在量子計(jì)算機(jī)上，制造量子計(jì)算機(jī)的一大難點(diǎn)就是找到一種材料，既可以大量讀寫儲(chǔ)存，又可以保持恒定運(yùn)動(dòng)的量子態(tài)。目前看來，穩(wěn)定的時(shí)間晶體擁有絕佳的儲(chǔ)存能力，很可能就是最適合的材料。

雖然在今天，我們距離時(shí)間晶體的實(shí)際應(yīng)用還有一段不短的距離。但是當(dāng)基礎(chǔ)物理與科技工藝一同發(fā)展時(shí)，量子計(jì)算、記憶儲(chǔ)存、生物醫(yī)學(xué)等等方面的突破卻距離我們?cè)絹碓浇恕?/p>

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

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