科学家打造出世界最大时间晶体，包含57个量子位

　　澎湃新闻记者王蕙蓉
　　近日，科学家已经成功打造出由57个量子位组成的时间晶体，其量子位数量是谷歌时间晶体的两倍多。
　　2021年11月，谷歌团队利用超导量子处理器悬铃木（Sycamore）实现了由20个量子位组成的时间晶体。
　　本次，澳大利亚墨尔本大学的两位物理学家使用链状的57个超导量子位组成离散时间晶体（DTC），成为目前世界上最大的时间晶体。相关研究成果3月2日发表于《科学进展》（ScienceAdvaces）。
　　微软公司凝聚态物理学家ChetanNayak评价道，此次量子位数量是如此庞大，传统计算机无法进行模拟，所以这绝对是一项重大突破。这项研究展示了量子计算机模拟复杂系统的能力，否则这些复杂的时间晶体系统可能只存在于物理学家的理论中。
　　艺术家对时间水晶的描绘，图片来自GOOGLEQUANTUMAI
　　时间晶体的来源
　　时间晶体（Timecrystal）这一概念最早由诺贝尔物理学奖得主FrankWilczek在2012年提出。Wilczek认为，时间晶体这一新物质相，可以自发打破时间平移对称性，即时间晶体经历周期性运动，每隔一段时间就会回到最初形态。
　　简单来说，类似于水晶的结构在空间中不断重复，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，就犹如一座永动机。
　　Wilczek所提出的时间晶体可以具体称为连续时间晶体（ContinuousTimeCrystal）。此后，法国莱布尼茨奖得主PatrickBruno提出这一量子时间晶体模型并不能成立，日本物理理论学家HarukiWatanabe等也证明了在热力学极限下不存在量子时间晶体。
　　直到2015年，波兰物理学家KrzysztofSacha第一次明确引入离散时间对称性自发破缺的概念，离散时间晶体理论的发展呈现一片欣欣向荣。
　　最大时间晶体面世
　　当一百多名研究人员致力于谷歌量子计算机的模拟工作时，墨尔本大学的PhilippFrey和StephanRachel独立完成了本次研究。
　　二人使用IBM最先进的量子计算机ibmqmanhattan和ibmqbrooklyn进行远程模拟，对57个量子位组成的离散时间晶体展开观察。（整个实验）只有我、我的研究生和一台笔记本电脑。Rachel表示整个研究项目持续了半年左右。
　　57个黑色量子位用于模拟离散时间晶体（DTC），图片来自论文
　　由于量子的叠加特性，量子位可以同时设置为0、1或者0和1，通过编程使其像磁铁一样相互作用。
　　研究人员表示，在量子位相互作用的某些设置中，任何57个量子位的初始设置（比如011011011110。。。）都保持稳定，每两次脉冲就会回到原始状态。
　　乍一看，这一观点似乎平平无奇。毕竟，哪怕磁铁没有相互作用，每一个脉冲都会使它们翻转180度，产生这种半频响应。但哈佛大学凝聚态理论学家DominicElse解释道，正是相互作用稳定了时间晶体的结构，才使该系统成为时间晶体。这使得系统对一些缺陷免疫，例如即使在脉冲不够长的情况下，也能产生翻转。这其实是物质的一个阶段，通过多体间的相互作用来使其稳定。Else说道。
　　但是，只提高量子位相互作用的力度是不够的。Rachel解释说，这种相互作用也必须随机地根据一对相邻量子位的变化而变化。例如，如果所有的磁铁都以相同的力度相互作用，那么其中一个磁铁出了问题，就可能导致链条上其他磁铁也翻转到错误的方向。随机性则阻止了这种错误，并使时间晶体稳定。
　　他认为目前的实验还不够完美，这种翻转的结构应该会无限期地持续下去，但IBM量子计算机中的量子位元只够模拟大约50个周期。
　　Rachel认为，时间晶体最终可能被用来储存一串量子位元的状态，成为量子计算机的一种存储方式。但实现这项突破，还需要更多的时间。