最新的時間晶體創新可能會擴展量子力學的已知邊界。

物理學家創造了一種新型的時間晶體，它可能有助於證實一些關於量子相互作用的基本理論。

標準時間晶體是物質的一種新相，具有不消耗能量的永久運動的特點。據聖路易斯華盛頓大學的物理學助理教授、該團隊的主要研究人員之一祖崇（音譯）說，時間晶體類似於傳統晶體。

然而，與在空間物理維度上重複模式的傳統晶體不同，時間晶體重複運動模式，隨著時間的推移以相同的方式重新排列其原子，祖崇說。這會導致時間晶體以設定的頻率振動。

從理論上講，時間晶體能夠在相同的模式下無限迴圈，而不需要任何額外的動力 —— 就像一塊永遠不需要上弦的手錶。然而，現實是，時間晶體非常脆弱，因此很容易屈服於環境壓力。

雖然時間晶體從2016年就已經存在了，但一個團隊取得了前所未有的成就：他們創造了一種新型的時間晶體，稱為“時間準晶”。准晶是一種固體，像普通晶體一樣，原子以特定的、非隨機的方式排列，但沒有重複的模式。

這意味著，與標準時間晶體反覆重複相同的模式不同，時間準晶從不重複其原子的排列方式。因為沒有重複，晶體以不同的頻率振動。正如研究人員在發表在《物理評論X》雜誌上的研究結果中所說，時間準晶體“是有序的，但顯然不是週期性的”。

如何構建准晶

為了製造這些新的時間準晶，研究人員從一毫米大小的鑽石開始。然後，他們用強大的氮束轟擊鑽石結構，在鑽石結構內部創造空間。氮取代了鑽石內部的碳原子，留下了空的原子室。

大自然討厭真空，所以電子迅速流入這些真空空間，並立即開始在量子水準上與鄰近的粒子相互作用。每一個準晶都代表了一個由鑽石內部超過一百萬個這樣的空空間組成的網路，儘管每個空空間只有一微米（一米的百萬分之一）。

“我們使用微波脈衝來啟動時間準晶的節奏，”麻省理工學院的研究員、該論文的合著者葉炳田（音譯）在一份聲明中說。“微波有助於創造時間秩序。”

潛在的應用

據祖崇說，該團隊研究的最重要成果之一是它證實了量子力學的一些基本理論。然而，時間準晶可能在精確計時、量子計算和量子感測器技術等領域有實際應用。

對於感測器來說，晶體的脆弱性和靈敏度實際上是一個福音；因為它們對磁性等環境因素非常敏感，所以可以用來製造極其精確的感測器。

對於量子計算來說，材料潛在的永動機質量是關鍵。

“它們可以長時間存儲量子記憶體，本質上就像RAM的量子類比，”祖崇說。“我們離那種技術還有很長的路要走，但創造時間準晶是關鍵的第一步。”