量子永动机或可实现：研究人员突破性地将时间晶体与外部设备连接

物理学家长期以来有一个执念：时间晶体太脆弱，一旦与外界接触，它就会"塌掉"。芬兰阿尔托大学的研究团队刚刚打破了这个执念。

他们在2026年5月发表于《自然通讯》的论文中证明，时间晶体不仅可以与外部设备连接，连接之后的晶体性质还能被主动调控。这在时间晶体自2012年被提出以来，是头一次。

什么是时间晶体，为什么难以触碰

要理解这项突破的分量，先要搞清楚时间晶体到底是什么东西。

普通晶体，比如食盐或雪花，是原子在空间中周期性排列的结构，它们在空间维度上具有对称性。2012年，诺贝尔物理学奖得主弗兰克·威尔切克提出，类似的周期性或许也存在于时间维度上，也就是说，某些系统中的粒子可以在不吸收外部能量的情况下，在基态中永无止境地重复运动。

这个概念在当时听起来像是在挑战热力学定律，争议极大。直到2016至2017年间，多个实验室相继在不同物理系统中观测到时间晶体存在的证据，这一概念才算站稳脚跟。

然而，时间晶体有一个致命弱点：它的持续运动依赖于不被"打扰"。任何形式的外部能量输入，包括观测行为本身，都可能破坏其量子相干性，让整个系统崩溃。正因如此，时间晶体一直是实验室里被小心呵护的"展品"，与真实应用之间隔着一道看似无法跨越的鸿沟。

"只要不受外部能量输入的干扰，量子领域就可能实现永动机，"阿尔托大学研究员、本次研究的负责人耶雷·马基宁说，"这就是为什么时间晶体此前从未与任何外部系统连接的原因。"

氦-3超流体里的一次"握手"

马基宁团队的实验系统精巧而极端。

研究人员使用无线电波，将磁子这种磁性准粒子注入由氦-3制成的超流体中。氦-3是氦的一种轻同位素，极为稳定，整个系统被冷却到接近绝对零度，约为负273摄氏度。

当无线电波的"注入器"关闭后，意想不到的事情发生了。磁子没有立即消散，而是自发组织成一个时间晶体，并维持了长达数分钟的持续运动，对于此类量子系统而言，这已经是异常漫长的存活时间。

更关键的发现出现在时间晶体逐渐衰退的阶段。研究团队观察到，时间晶体开始与附近的机械振荡器产生相互作用，振荡器振幅和频率的变化会反过来影响时间晶体的行为。这种双向耦合，正是"连接"的本质所在。

马基宁指出，这种耦合行为与光力学领域中的经典现象高度吻合。光力学是研究光与机械运动相互作用的学科，科学家目前正是利用光力学原理来探测引力波。将时间晶体的行为纳入这一框架，意味着人类对时间晶体的理解和操控能力将迎来一次质的飞跃。

从奇异物态到量子技术的真实入口

这次"联网"究竟能带来什么？马基宁团队给出了几个具体方向。

时间晶体最令人兴奋的潜在应用，是量子计算的存储系统。当前量子计算机面临的核心挑战之一是量子比特的退相干时间极短，通常仅在微秒到毫秒量级。而时间晶体的量子相干寿命，比现有量子计算系统高出几个数量级，这使其成为极具潜力的量子存储介质候选。

时间晶体还可以作为频率梳使用。频率梳是一种能产生精确间隔频率梳齿的光源工具，广泛用于超高精度计时、光谱测量和基础物理常数测定。如果时间晶体能稳定地充当频率参考，其应用前景覆盖从导航系统到引力波探测的多个领域。

当然，目前的实验距离实际应用还有相当距离。实验仍在接近绝对零度的极端条件下进行，如何在更高温度下维持时间晶体的稳定性，如何提高机械振荡器的频率以逼近量子极限，都是下一步需要攻克的工程难题。

但正如许多量子技术领域的突破一样，关键的第一步往往是证明"这件事可以做到"。阿尔托大学的研究团队已经完成了这一步，时间晶体从此不再只是量子世界里一个美丽却孤立的谜题，而是开始与真实世界建立连接。