時間水晶現在可以離開實驗室了

我們在薄荷中知道了水晶是什麼。 在學校,我們了解到,從糖粒到鑽石,這些材料的原子排列均勻有序,形成了在整個空間重複的圖案,從而形成了它們美麗而規則的形狀。 在麻省理工學院(MIT)的一節課上,諾貝爾物理學獎得主弗蘭克·威爾切克教授提出了一個想法:如果有一些“時間晶體”的結構不是在空間中重複,而是在時間中重複,會怎樣?

這種 2012 年提出的“異國情調”假設多年來在科學界引發了激烈的爭論。 如果可能的話,這種類型的晶體必須能夠保持其穩定性,但同時也要周期性地改變其晶體結構; 決定如果我們在不同時間觀察它們,我們應該感知它們的結構(在空間中)並不總是相同的,處於永動機狀態,即使處於最小能量狀態或基本狀態。

這一切都直接破壞了熱力學定律。 這些晶體既不是固體,也不是液體,也不是氣體。 甚至沒有等離子電離氣體。 這將是一種不同的物質狀態。

經過激烈的辯論,Wilczek 幾乎被稱為瘋狂,2016 年,一個團隊終於成功地證明了理論上可以創造時間晶體,這一壯舉僅在一年後就實現了。 從那時起,這個物理領域已經成為一個非常有前途的領域,可以通過採礦或對宇宙的理解徹底改變從量子技術到電信的一切。

然而,有一個問題:這些晶體只出現在非常特殊的條件下。 具體來說,科學家們使用了玻色-愛因斯坦磁振子準粒子凝聚體,這是一種物質狀態,當稱為玻色子的粒子冷卻到接近絕對零(-273,15 攝氏度或-460 華氏度)時產生。 這需要非常精密的設備,當然也不能離開實驗室和真空室,因為與外部環境的相互作用使其無法創造。

到目前為止。 正如《自然通訊》雜誌上的一項研究所解釋的,加州大學河濱分校的一個團隊已經成功地製造出可以在室溫下產生的光學時間晶體。 為此,我們採用了一個微型微型諧振器——一個由氟化鎂玻璃製成的直徑只有一毫米的圓盤,當接收到特定頻率的波時,它會進入諧振狀態。 然後,他們用來自兩個激光器的光束轟擊這個光學微諧振器。

次諧波峰值

兩個激光束之間的次諧波尖峰(孤子)或頻率音調,表明時間對稱性的破壞,從而產生了時間晶體。 該系統為光孤子創建了一個旋轉晶格陷阱,然後在其中顯示它們的周期性或時間結構。

為了在室溫下保持系統的完整性,該團隊將使用自動注射器模塊,該技術可確保鹽水激光器保持一定的光學頻率。 這意味著該系統可以帶出實驗室並用於現場應用,特別是用於測量時間、集成到量子計算機或研究狀態本身。

“當你的實驗系統與周圍環境進行能量交換時,耗散和噪聲會攜手破壞時間秩序,”加州大學河濱分校電氣和計算機工程教授、該研究的主要作者 Hossein Taheri、Marlan and Rosemary Bourns 說。 “在我們的光子學平台上,系統在收益和損失之間取得平衡,以創造和保存時間晶體。”