雖然聽起來很像是電子遊戲裡的產物，但現實世界里確實有”時間晶體”（Time Crystal）這種奇特的物質。 早在幾個月前，就已經有報導稱谷歌將在量子計算機上運用這項技術。 現在，我們可以更確切地知曉它已被用於Google的Sycamore量子處理器。

（Google Quantum AI 晶片）

據悉，規則晶體的特點是以高度有序的原子結構重複出現。 但科學家提出了一個假設，若這些原子可在空間維度上重複，那是否有種晶體會以隨時間重複的模式而存在呢？

早在 2012 年，諾貝爾獎得主弗蘭克·維爾切克（Frank Wilczek）就假設所謂的時間晶體可能存在。 但直到 2016 年，研究團隊才在實驗室中加以證明。

後續研究則將更多精力放在了晶體的生長上，以及觀察它們之間的相互作用。 可知在時間晶體中，原子以週期性重複的模式運動，而我們可以根據它們的自旋來預測上下翻轉。

奇怪的是，這種節奏並不遵循著啟動頻率。 而在一套完美的系統中，原子可在沒有任何進一步輸入的情況下，永遠保持著它的節奏。

時間晶體可在不消耗能量的情況下，於兩種狀態間來回翻轉。

如果用日常生活中的事務來舉例，我們可將時間晶體看做一個奇怪的明膠碗。 在你撥動了它之後，預期中肯定會希望它在搖晃幾秒鐘后停下，然後你又可以再次撥動。

然而時間晶體的獨特之處，在於你只需輕輕撥動兩下，它就會在搖晃和不搖晃的狀態間，持續交替變化下去。 雖然聽起來像是個接近「永動機」的悖論，但時間晶體在技術上並未違反熱力學定律。

哈佛大學研究團隊指出，能量在整個系統中依然守恆 —— 只是熵（一種無序的度量）沒有減少，而是保持不變。

以Google的Sycamore量子處理器為例，為啟動時間晶體，研究團隊用鐳射破壞了20個量子比特的晶格。

然後每兩次激光脈衝，量子比特只會發生一次自旋轉 —— 這打破了時間平移的對稱性，並創建出了時間晶體。

更重要的是，這是晶體首次表現出『多體定位』（many-body localization），這種現象使它們保持著穩定。

在這場特殊的實驗期間，科學家們只對這個系統保持了數百個周期的觀察。 但他們表示，理論上是可以藉助量子計算機本身運行的類比，來驗證時間晶體的長期穩定性的。

截圖（來自：Nature）

研究合著者羅德裡奇·莫斯納（Roderich Moessner）表示：

我們設法利用量子計算機的多功能性，來幫助我們分析其自身的局限性。 它基本上能夠高速我們如何糾正自己的錯誤，以便通過有限時間的觀察，來確定理想狀況下的時間-結晶模式。

有關這項研究的詳情，已經發表在近日出版的《自然》雜誌上，原標題為《Time-Crystalline Eigenstate Order on a Quantum Processor》。