时间水晶现在可以离开实验室了

我们在薄荷中知道了水晶是什么。 在学校,我们了解到,从糖粒到钻石,这些材料的原子排列均匀有序,形成了在整个空间重复的图案,从而形成了它们美丽而规则的形状。 在麻省理工学院(MIT)的一节课上,诺贝尔物理学奖得主弗兰克·威尔切克教授提出了一个想法:如果有一些“时间晶体”的结构不是在空间中重复,而是在时间中重复,会怎样?

这种 2012 年提出的“异国情调”假设多年来在科学界引发了激烈的争论。 如果可能的话,这种类型的晶体必须能够保持其稳定性,但同时也要周期性地改变其晶体结构; 决定如果我们在不同时间观察它们,我们应该感知它们的结构(在空间中)并不总是相同的,处于永动机状态,即使处于最小能量状态或基本状态。

这一切都直接破坏了热力学定律。 这些晶体既不是固体,也不是液体,也不是气体。 甚至没有等离子电离气体。 这将是一种不同的物质状态。

经过激烈的辩论,Wilczek 几乎被称为疯狂,2016 年,一个团队终于成功地证明了理论上可以制造时间晶体,这一壮举仅在一年后就实现了。 从那时起,这个物理领域已经成为一个非常有前途的领域,可以通过采矿或对宇宙的理解彻底改变从量子技术到电信的一切。

然而,有一个问题:这些晶体只出现在非常特殊的条件下。 具体来说,科学家们使用了玻色-爱因斯坦磁振子准粒子凝聚体,这是一种在称为玻色子的粒子冷却到接近绝对零(-273,15 摄氏度或-460 华氏度)时产生的物质状态。 这需要非常精密的设备,当然也不能离开实验室和真空室,因为与外部环境的相互作用使其无法创造。

到目前为止。 正如《自然通讯》杂志上的一项研究所解释的,加州大学河滨分校的一个团队已经成功地制造出可以在室温下产生的光学时间晶体。 为此,我们采用了一个微型微型谐振器——一个由氟化镁玻璃制成的圆盘,直径只有一毫米,当接收到特定频率的波时会进入谐振状态。 然后,他们用来自两个激光器的光束轰击这个光学微谐振器。

次谐波峰值

两个激光束之间的次谐波尖峰(孤子)或频率音调,表明时间对称性的破坏,从而产生了时间晶体。 该系统为光孤子创建了一个旋转晶格陷阱,然后在其中显示它们的周期性或时间结构。

为了在室温下保持系统的完整性,该团队将使用自动注射器模块,该技术可确保盐水激光器保持一定的光学频率。 这意味着该系统可以带出实验室并用于现场应用,特别是用于测量时间、集成到量子计算机或研究状态本身。

“当你的实验系统与周围环境进行能量交换时,耗散和噪声会携手破坏时间秩序,”加州大学河滨分校电气和计算机工程教授、该研究的主要作者 Hossein Taheri、Marlan and Rosemary Bourns 说。 “在我们的光子学平台上,系统在收益和损失之间取得平衡,以创造和保存时间晶体。”