物理學(xué)家創(chuàng)造新型時間準(zhǔn)晶體 – Inside a Diamond

一種新型的時間水晶可能代表量子物理學(xué)的突破。

在用激光照射的鉆石中，物理學(xué)家創(chuàng)造了他們認為是時間準(zhǔn)晶體的第一個真正例子——其中時間圖案是結(jié)構(gòu)化的，但不會重復(fù)。這是一個細微的區(qū)別，但可以幫助發(fā)展量子研究和技術(shù)。

“他們可以長時間存儲量子內(nèi)存，本質(zhì)上就像 RAM 的量子模擬一樣?！?a>物理學(xué)家 Chong Zu 說美國華盛頓大學(xué)?！拔覀冸x那種技術(shù)還有很長的路要走。但創(chuàng)造一個時間準(zhǔn)晶體是關(guān)鍵的第一步。

時間晶體，理論預(yù)測作者：美國理論物理學(xué)家弗蘭克·維爾切克在2012之內(nèi)之前2016 年首次觀察，在構(gòu)成常規(guī)固體的圖案化原子矩陣中添加一些額外的內(nèi)容。

金剛石、石英和鹽等晶體材料采用三維原子晶格的形式，其中粒子的排列重復(fù)。你可以拿起晶格的任何部分，把它疊加到另一個部分上，它會完美匹配。

時間晶體是一種材質(zhì)，其中粒子在序列中移動，這些序列不受任何外部推力的時間決定。粒子在能量狀態(tài)之間振蕩，其時序模式以一種可以完美疊加的方式重復(fù)，如下面的視頻所示。

相比之下，準(zhǔn)晶體是粒子形成結(jié)構(gòu)化但不重復(fù)圖案的晶體，例如Penrose 平鋪或Ammann-Beenker 平鋪.乍一看，它可能看起來像是重復(fù)的，但它的組成部分不會完美地疊加。

時間水晶已經(jīng)實驗觀察一個次數(shù)用不同的材料.現(xiàn)在，由華盛頓大學(xué)的 Guanghui He 和哈佛大學(xué)的 Bingtian Ye 領(lǐng)導(dǎo)的物理學(xué)家團隊創(chuàng)造了他們認為是第一個準(zhǔn)晶體。振蕩粒子的時間模式具有結(jié)構(gòu)，但不會重復(fù)。

“這是一個全新的物質(zhì)階段，”祖 說.

創(chuàng)建時間水晶的一種方法是將一些碳原子從金剛石的晶格中敲出，產(chǎn)生所謂的氮空缺中心，它是一個相鄰的氮原子和一個空空間。這是研究人員用來創(chuàng)造和研究時間準(zhǔn)晶體特性的技術(shù)。

他們使用氮氣激光器將一堆碳原子敲松成一毫米寬的金剛石塊，給電子一些肘部空間，讓他們在相鄰電子的量子影響下隨著微波脈沖的節(jié)拍跳舞。

以非重復(fù)模式構(gòu)建微波的節(jié)奏導(dǎo)致振蕩粒子出現(xiàn)類似但獨立的行為，這符合時間晶體的標(biāo)準(zhǔn)。

“我們使用微波脈沖來啟動準(zhǔn)晶體時間的節(jié)奏，”葉 說.“微波爐有助于及時創(chuàng)造秩序?！?/p>

研究人員在時間準(zhǔn)晶體分解之前觀察了這種舞蹈數(shù)百次，就像時間晶體慣常做的那樣：它們非常敏感，容易受到外部干擾。

“我們相信我們是第一個創(chuàng)造真實時間準(zhǔn)晶體的團隊，”他說.

這些結(jié)果提供了新的見解，可以幫助我們更好地了解量子領(lǐng)域以及時間晶體本身。也有潛在的實際應(yīng)用，例如在計量學(xué)或測量方面。有一天，時間晶體可以幫助測量時間。

它們還可用于量子傳感器和量子計算（當(dāng)然）。這可能還有很長的路要走;但只有通過穿越時間的步驟才能完成旅程。

該研究已發(fā)表在物理評論 X.

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