继5G之后，下一项高科技，难道是量子计算机？

它的出现，似乎给了永动机实现的可能！

遵循物理定律工作的'时间晶体'为量子计算迎来了新的时代

在超流体氦-3的形成过程中，研究人员观察记录到了超过15分钟的时间晶体。

此装置位于芬兰阿尔托大学，用来冷却超流体氦-3，在那里制造了两个时间晶体并接触在一起。

(图片来源:阿尔托大学/米卡·哈基宁Mikko Raskinen)

在绝对零度之上万分之一度的超流体氦-3中连接两个“时间晶体”可能是迈向新型量子计算机的一大步。

时间晶体具有怪异的原子结构，直到将近2012年人们才预测到它的存在，并在其后的几年陆续有实验证实。在普通晶体中（如钻石或盐），原子以规律重复的空间模式排列——晶格或类似框架。如大多数材料一样，当原子处于基态（此时它们的能级尽可能低）时，它们会停止抖动。

另一方面，时间晶体的重复原子构成是在时间上而不是空间上的，它们来回振荡或是自旋,即使处于基态也是如此。它们可以永远维持这种运动，既不需要能量的输入，也不会在此过程损失能量。

在此过程中，这些时间晶体可以无视熵的存在，热力学第二定律将熵描述为任何系统是如何随着时间的推移变得更加无序的。举个例子，思考一下行星围绕太阳运行的轨道。简单来说，我们想象它们按照时针的有序运动，总在同一时间回归到它们各自轨道上同一位置。可实际上这是非常复杂混乱的：其他行星或经过的恒星会对它们进行拉扯，使其运行轨道发生微妙的变化。

因此，行星的轨道本质上是混乱的。对它们来说，一点小小的改变都将可能会产生很大的影响。随着时间的推移，系统将会变得越发无序，其熵也会随之增加。

时间晶体可以抵消熵的影响是因为是一个被熟知的量子力学原理——多物体定位。在时间晶体中，如果一个原子受到某力的冲击，那么此冲击将只影响作用于此原子。因此，这种改变被认定为是局部的，而不是全局的（即整个系统的）。因此，此系统不会变得混乱无序，并在理论上允许重复震荡继续永恒持续。

“众所周知，永动机是不可能实现的。”英国兰开斯特大学研究员兼物理学讲师萨姆利·奥蒂（Samuli Autti）在一份声明中表示。“然而，在量子物理学中，只要我们闭上眼睛，永动机便是可以存在的。”

领导这项研究的奥蒂指的是海森堡不确定性原理，此原理暗指，当一个量子系统被观察和测量时，它的量子波函数是如何坍缩的。因其量子力学性质，时间晶体只有在与周围环境完全隔离的情况下才能以100%的效率工作。这将限制了它们的可被观测时间，直到它们因波函数坍缩最终完全分解。

然而，奥蒂的团队成功通过冷却一定量的超流体氦-3（氦的一种同位素），连接了两个时间晶体。超流体氦-3如此特殊的原因在于，当冷却到略高于绝对零度（冷夏459.67华氏度或零下273摄氏度）时，这种同位素就会变成超流体，这是很多材料都无法做到的。在超流体中，粘度为零，因此将不会因摩擦而丧失动能，从而允许存在如原子在时间晶体中这般永恒持续的运动。

奥蒂的团队在芬兰阿尔托大学工作，操纵超流体氦-3原子创造出了两个相互作用的时间晶体。此外，它们还观察到，在时间晶体的函数波坍缩之前，这种时间晶体配对行为所用时间达到了创纪录性的1000秒（约17分钟），相当于原子振荡或自旋运动的数十亿个周期。

“事实证明，把它们放在一起的效果很好。”奥蒂说。

这一发现为开发功能齐全的量子计算机创造了一条具有良好发展前景的研究路线。鉴于普通计算机的比特是二进制，即0或1，关闭或开启，量子计算机的处理速度将会快得多，因为它们利用了“量子位”，它可以同时为1和0，开启和关闭。建造一台量子计算机的一种方式是将无数个时间晶体连接，每个时间晶体都会被设计成一个量子比特。因此，这项首次连接两个时间晶体的实验实则创造了量子计算机的基本组成部分。

先前的实验已经表明，有些时候时间晶体可以在室温下工作，而不需要冷却到接近绝对零度，这使它们的构造更加容易。奥蒂的团队表示，下一个任务是证明其逻辑门操作，即允许计算机处理信息的功能可以在两个甚至多个时间晶体之间操作。

BY:Keith Cooper

FY:Chase

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