“時(shí)間晶體”相互作用首次發(fā)現(xiàn) 改善當(dāng)前的原子鐘技術(shù)

一個(gè)國(guó)際科研團(tuán)隊(duì)在最新一期《自然·材料》雜志撰文稱，他們首次觀察到了“時(shí)間晶體”的相互作用。最新研究有望促進(jìn)量子信息處理技術(shù)的發(fā)展，改善當(dāng)前的原子鐘技術(shù)，提高陀螺儀以及依賴原子鐘的系統(tǒng)(如GPS)的性能。

時(shí)間晶體是一種物質(zhì)態(tài)，不同于金屬或巖石等標(biāo)準(zhǔn)晶體，后者由原子以規(guī)則的重復(fù)模式排列而成。2012年，諾貝爾獎(jiǎng)獲得者弗蘭克·威爾澤克首次提出了時(shí)間晶體這一概念，并于2016年確定。時(shí)間晶體顯示出恒定不變的奇異特性，即使沒有外部輸入也能重復(fù)運(yùn)動(dòng)。它們的原子先在一個(gè)方向不停地振蕩、旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)，然后再朝一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。

在最新研究中，來自英國(guó)蘭卡斯特大學(xué)、倫敦皇家霍洛威大學(xué)倫敦分校、美國(guó)耶魯大學(xué)和芬蘭阿爾托大學(xué)的國(guó)際團(tuán)隊(duì)使用氦-3觀測(cè)了時(shí)間晶體。氦-3是氦罕見的同位素，缺少一個(gè)中子。

研究人員將超流體氦-3冷卻到絕對(duì)零度(零下273.15攝氏度)附近，然后在超流體內(nèi)部創(chuàng)建了兩個(gè)時(shí)間晶體，并使其接觸。

科學(xué)家觀察到兩個(gè)時(shí)間晶體相互作用，并交換組成顆粒——這些粒子從一個(gè)時(shí)間晶體流向另一種時(shí)間晶體，然后又返回，這種現(xiàn)象稱為約瑟夫森效應(yīng)。

研究論文主要作者、英國(guó)蘭卡斯特大學(xué)的薩穆利·奧蒂博士說：“控制兩個(gè)時(shí)間晶體的相互作用是一項(xiàng)重大成就。此前，沒有人在同一系統(tǒng)中觀察到兩個(gè)時(shí)間晶體，更不用說看到它們相互作用了。實(shí)現(xiàn)并觀察到時(shí)間晶體的受控相互作用是將其用于量子信息處理等實(shí)際應(yīng)用的第一步。”

奧蒂解釋道，因?yàn)楸M管周圍環(huán)境變化，時(shí)間晶體仍會(huì)自動(dòng)保持完整(相干)，讓相干性延續(xù)時(shí)間盡可能長(zhǎng)是發(fā)展強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)必須要解決的主要“攔路虎”。此外，時(shí)間晶體也可用于改善原子鐘、GPS等系統(tǒng)的性能。

(記者劉霞)