首页|新闻|图片|评论|共青团|青年之声|青春励志|青年电视|中青看点|教育|文化|军事|体育|财经|娱乐|第一书记网|地方|游戏|汽车
"时间晶体"不再是科幻

发稿时间:2017-03-15 11:25:42 来源: 科技日报 中国青年网

图为《自然》杂志封面的“时间晶体”示意图

  今日视点

  记者 聂翠蓉

  对多数人而言,提到晶体就会联想到钻石等各种宝石,以及石英石等深受人们喜爱的贵重物品。但对物理学家来说,这些由规则原子结构在空间重复排列的晶体只代表冰山一角,原子结构还能在特定条件下沿着时间轴呈现周期性变化,即所谓的“时间晶体”。

  《自然》杂志近日以“时间晶体”为封面,介绍了两篇重要论文,分别以哈佛大学和马里兰大学为首的两个科研团队,首次用不同方法同时制造出“时间晶体”,宣告了“时间晶体”不再只是科幻剧《神秘博士》中虚拟的“时空穿梭机”,而是一种实实在在的真实存在,更为人类研究物质特性打开了全新的思维方式。

  什么是“时间晶体”

  “时间晶体”理论最先由诺贝尔奖获得者、麻省理工学院物理学家弗兰克·维尔切克和同事于2012年提出,当时他们发表论文阐述了相关理论,认为“时间晶体”是一种处于基态(能量最低状态)可做周期运动的理论系统,其破坏了时间平移对称性,因此旋转时的能量比静止时还要低,能在不消耗能量的前提下以固定模式运动。

  去年夏天,著名物理期刊《物理评论快报》刊登一篇论文,美国加州大学伯克利分校研究人员描述了制造“时间晶体”和测量其特性的方法。论文主要作者、该校助理教授姚颖在接受外媒采访中曾用果冻来形象解释“时间晶体”,认为与果冻受到反复拍打后出现的周期性晃动类似,“时间晶体”在受到冲击后原子结构也会在时间维度上周期性重现。

  也有研究人员用海绵来帮助人们理解“时间晶体”的概念,当人们每次用同样力量捏海绵时,海绵会周期性呈现相同的形状,“时间晶体”内量子系统具有类似运动。

  “时间晶体”真实存在

  这次两个不同研究团队在制造“时间晶体”实验中,都运用到姚颖提出的方法,其名字同时出现在两篇论文的作者队伍中。姚颖表示,其团队在两组实验中扮演着理论假设与实际操作之间的桥梁作用,成功帮助他们以不同方式制造出“时间晶体”。

  其中,马里兰大学张颉颃博士为首的科研团队将10个带电镱离子排成一条直线,再用一束激光轰击离子创造一个磁场,用另一束激光反转原子的自旋方向,一遍一遍地重复该过程,最终让原子进入在时间上重复的反转模式,从而制造出“时间晶体”。

  而哈佛大学的科研团队以金刚石和其中100万个随机分布的氮—空位为实验平台,制备出一种离散型“时间晶体”。因实验样本大,这一方法暗示“时间晶体”在自然界中存在的可能性比想象的要高很多。

  清华大学交叉信息院量子信息中心尹璋琦博士告诉科技日报记者,这次制造的“时间晶体”展现出来的运动周期与外加脉冲的周期不一样,比外加脉冲周期要长,是它的两倍、三倍或者更多倍。且在外加驱动下,系统很难演化到热平衡态。这意味着他们通过实验展现出“时间晶体”的核心概念——时间平移对称性的自发破缺。

  物理学研究的新世界

  姚颖认为,“时间晶体”是一种全新的物质形态,与过去半个世纪里一直研究的金属和绝缘体等平衡态物质不同,其处于一种非平衡态,将为物理学研究打开一个全新世界,回答与物质本性有关的各种基本问题。

  尹博士表示,按照维尔切克的设想,有了“时间晶体”,人们就能开发出在三维空间和时间维度中结晶的时空晶体,未来对时空晶体进行编程,可设计出复杂的周期运动回路,代表不同比特和比特间的运算,然后将人脑意识上传到时空晶体中,保存人生中最美好最难忘的记忆。

  现在,“时间晶体”已经制造成功,其实际运用或在不久后实现,将能帮助科学家开发出储存和处理数据的全新量子计算机,掀开量子计算的新篇章。

责任编辑:千帆批量_新闻
返回首页>>
最新推荐
时搜热点
热点推荐

扫描二维码进入

“青年之声”移动版

扫描二维码进入

中国青年网公众号

扫描二维码进入

"畅想星声"全国大学生

网络歌唱大赛

x

关于我们联系我们广告服务人才招聘中国互联网举报中心 Youth.cn. 请发送qnb至10658000 订阅手机青年报

共青团中央主办 共青团中央网络影视中心承办 版权所有:中国青年网
信息网络传播视听节目许可证0105108号 京|ICP备11020872号-17 京公网安备110105007246