对着麦克风说话,音箱放出来,声音又钻进麦克风——几个来回,整个房间开始啸叫。输出被延迟后重新注入系统,“现在”和“过去”纠缠,产生了原本不存在的振荡。
平台是129Xe-Cs共磁力仪。铯原子光抽运后去极化氙核自旋,系统持续测量氙的横向自旋投影Mx(t)。信号不丢,乘以增益g,延迟τ,再以辅助磁场B_FB(t)=g·Mx(t-τ)从y轴灌回原子。
延迟τ和增益g是两个可调旋钮。拧动它们,自旋动力学呈现不同“相”。
g<1时,系统在Larmor频率处产生自旋微波激射,但只在特定τ窗口内出现。延迟反馈以频闪方式与进动同相叠加,注入正增益。
![]()
g>1后,出现三种动力学相。
一是Hopf-like分支。频谱上冒出一排等间距谱线,像梳子。梳齿绝对频率和间距都由τ决定。实验测了前五个分支,与1/τ严格线性。拟合给出ωτ/(2π)=(0.95±0.05)n+(0.16±0.05),相邻阶间距就是1/τ。物理来源是延迟反馈对本征模式的筛选——把含时延的Bloch方程线性化,振荡不稳定处临界本征值满足λ=iω,理论谱线与实验吻合。
二是时间晶体。特定τ和增益下,某个分支变成稳定自持振荡,相位任意、频率锁定。这就是连续时间晶体——时间平移对称性自发破缺的非平衡物态,标记TC。
三是双吸引子环面,标记2T。时间晶体频率接近Larmor频率时,两个振荡模式耦合,产生二次Hopf分岔,系统进入准周期动力学,频谱出现窄带梳和宽带复杂谱。
数据来自281个频谱拼接,每个采集20分钟,前100秒丢弃以消瞬态。τ扫描范围刚过一整个Larmor周期,对应88毫秒。
![]()
理论核心是延迟微分方程。普通方程只看当前状态;延迟方程的演化依赖过去某一时刻。相空间因此是无限维——要定未来,得先握一整段历史。正是这种“记忆”带来稳定性切换、延迟诱导Hopf分岔、长寿命瞬态和多稳态。
应用上,这个平台一套硬件三种功能:Larmor微波激射器、延迟选择的稳定自振荡器、可调低频频率梳发生器。梳间距由反馈延迟决定,二次分岔还能给出mHz量级窄带梳。对紧凑型低频频率参考、频率标尺、分岔增强传感、弱相干扰动探测都有价值。
更关键的是思路转变:延迟从“要消除的干扰”变成“可编程的资源”。非线性光学、光机械、电机械、流体、热声、等离子体、束流系统、网络振荡器里延迟无处不在,但此前少有人在量子自旋平台上把延迟和增益调得这么干净,并系统绘出完整动力学相图。
中国在量子精密测量和原子自旋器件上积累深厚。铯原子钟、氙共磁力仪、原子磁强计在国内多个团队已经成熟。这套可编程延迟反馈架构,本质是量子传感平台的多功能化方案——同一套硬件,软件调参切换模式。“一机多能”对工程化和实用化很有吸引力。
时间晶体2012年提出,已在离子阱、超导量子比特、金刚石色心、冷原子等平台实现。连续时间晶体在热原子蒸气中实现,加上可编程延迟带来的相图可调性,为研究非平衡物态开了新窗口。把“记忆”当控制参数、把“延迟”当设计维度——这条路,中国团队已经走在了前面。
— 感谢阅读 · 欢迎点赞关注 · 小编 —
特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.