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(lái)和行為都不同，它們并不是整個(gè)宇宙離它很遠(yuǎn)?？茖W(xué)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(ài)因斯坦凝聚體和中子簡(jiǎn)并物質(zhì)等等。
在過(guò)去的幾年里，世界各地的物理學(xué)家一直在構(gòu)建另一種物質(zhì)狀態(tài)：“時(shí)間晶體”。如果這看起來(lái)像是B級(jí)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(jì)算機(jī)，一些研究人員創(chuàng)造了一種時(shí)間晶體，他們認(rèn)為，它在物理世界中牢固地建立了時(shí)間晶體。
研究人員尚未正式公布他們的研究成果，但上個(gè)月，他們?cè)贏rXiV網(wǎng)站上發(fā)布了一份預(yù)印本（一篇尚未經(jīng)過(guò)同行編輯的科學(xué)論文）。
那么時(shí)間晶體到底是什么呢？它可能聽(tīng)起來(lái)像是讓時(shí)間機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部件，某種未來(lái)的電源，或者可能是一個(gè)失落的外星文明的產(chǎn)物。但是，對(duì)于科學(xué)家來(lái)說(shuō)，時(shí)間晶體實(shí)際上是更微妙的東西：對(duì)物理定律的好奇心。
定義任何bog標(biāo)準(zhǔn)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(gè)維度，時(shí)間是第四個(gè)維度。因此，物理學(xué)家們想知道，晶體的原子是否可以在時(shí)間上以重復(fù)的模式排列。
實(shí)際上，這是這樣的。你創(chuàng)造了一個(gè)原子以一種狀態(tài)開(kāi)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(huì)翻轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)，然后翻轉(zhuǎn)回來(lái)，然后再次翻轉(zhuǎn)等等，所有這些實(shí)際上都不會(huì)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(yuǎn)在運(yùn)動(dòng)，無(wú)限期，沒(méi)有吸收任何能量。
這不是一個(gè)小壯舉。它違背了經(jīng)典物理學(xué)最神圣的原則之一：熱力學(xué)第二定律。該定律表明，熵或無(wú)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(lái)，你必須投入能量。
時(shí)間晶體實(shí)際上是一個(gè)相當(dāng)新的概念，由諾貝爾獎(jiǎng)獲得者弗蘭克·威爾切克（Franck Wilczek）于2012年首次提出。當(dāng)時(shí)并非所有物理學(xué)家都接受這一理論，一些人聲稱熱力學(xué)第二定律將支持其法律主義。
當(dāng)然，堅(jiān)定的研究人員發(fā)現(xiàn)了漏洞。2016年，馬里蘭大學(xué)（University of Maryland）的物理學(xué)家成功地從鐿原子的集合中合成了一個(gè)粗糙的時(shí)間晶體。其他團(tuán)體已經(jīng)在鉆石內(nèi)部創(chuàng)造了時(shí)間晶體。
但最近這些水晶修補(bǔ)匠做了一些不同的事情。他們轉(zhuǎn)向谷歌，使用了量子計(jì)算機(jī)：一種利用量子力學(xué)怪癖的設(shè)備，量子力學(xué)是一種看似神秘的物理，以最小的尺度引導(dǎo)宇宙。量子計(jì)算機(jī)不像日常使用的“經(jīng)典”計(jì)算機(jī)那樣使用硅塊，而是直接使用原子或粒子。這使得物理學(xué)家能夠進(jìn)行傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)難以進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，因?yàn)榱孔游锢韺W(xué)讓粒子在一個(gè)位置上成為多個(gè)物體，讓粒子在看似不可能的距離上相互作用，這變得相當(dāng)深?yuàn)W。
芝加哥郊區(qū)專注于高端粒子物理的國(guó)家實(shí)驗(yàn)室費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室（Fermilab）的量子計(jì)算機(jī)研究員加布里埃爾·珀杜（GabrielPerdue）表示，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的“模擬規(guī)則的能力……變得更加困難”。
但是，通過(guò)在量子計(jì)算機(jī)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(qiáng)大的能力，在非量子世界中你不會(huì)看到太多。
“我們不會(huì)通過(guò)建造微型棒球運(yùn)動(dòng)員和進(jìn)行模擬來(lái)計(jì)算棒球能跑多遠(yuǎn)，”珀杜說(shuō)。但他說(shuō)，研究人員使用谷歌的量子計(jì)算機(jī)來(lái)制作他們的時(shí)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(xué)家可以提取原子，重新排列它們，然后用激光脈沖它們來(lái)驅(qū)動(dòng)時(shí)間晶體。該裝置使研究人員能夠制造出比之前任何時(shí)間晶體都大的時(shí)間晶體。雖然以前的許多時(shí)間晶體持續(xù)時(shí)間很短，并且在幾個(gè)來(lái)回翻轉(zhuǎn)周期內(nèi)被解開(kāi)，但這項(xiàng)最新的時(shí)間晶體研究背后的科學(xué)家們對(duì)他們所創(chuàng)造的東西的穩(wěn)定性感到驚訝。
“對(duì)我來(lái)說(shuō)，最激動(dòng)人心的是，”珀杜說(shuō)，“這是一個(gè)使用量子計(jì)算機(jī)來(lái)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(dòng)人心的方式對(duì)其進(jìn)行研究?！?/p>
那么，這些時(shí)間晶體真的會(huì)帶來(lái)新一波的時(shí)間機(jī)器嗎？
可能不會(huì)。但它們可能有助于使量子計(jì)算機(jī)變得更強(qiáng)大。工程師們多年來(lái)一直在努力創(chuàng)造一些可以作為量子計(jì)算機(jī)內(nèi)存的東西；有些相當(dāng)于支撐傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的硅。物理學(xué)家認(rèn)為，時(shí)間晶體可以達(dá)到這一目的。
珀杜說(shuō)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)也證明了量子計(jì)算機(jī)在科學(xué)研究中的力量?！巴粋€(gè)平臺(tái)可以讓你很容易地模擬一些很酷的算法，”他說(shuō)，“同樣的平臺(tái)也能很好地工作，我認(rèn)為更好的是，可以模擬這些類型的系統(tǒng)?！?/p>
