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    谷歌創造出毫秒級時間晶體:突破現行物理學,量子計算領域有望迎來新突破

    2021年8月13日 13:43  網易科技  作 者:辰辰

    8 月 13 日消息,日前谷歌研究人員利用 Sycamore 量子計算機創造出毫秒級的時間晶體。研究人員表示,這種新物相突破了現行物理學,或將大幅提高計算機處理能力。如果一切順利的話,量子計算領域有望迎來新突破。

    時間晶體聽起來就像科幻電影里的玄妙概念,可以打開通往不同宇宙的通道。漫威電影中的“時間石”就能夠控制過去、現在和未來。

    雖然這仍是一個幻想,但科學家們多年來已經成功在微觀尺度上創造出時間晶體。這并不能驅動星際飛船,而是有望為超強大的量子計算機提供能量。

    “時間晶體就像是建造量子計算機道路上的一個休息站,”加州大學伯克利分校分子物理學家姚穎 (Norman Yao) 說。

    谷歌聲稱,其已經與斯坦福大學和普林斯頓大學的物理學家合作開發出一種“可擴展方法”,能夠利用公司的 Sycamore 量子計算機來創造時間晶體。

    上個月,這個由 100 名科學家組成的研究團隊在研究共享平臺 Arxiv.org 上發表了一篇論文,詳細描述他們用 20 個量子位元組成的陣列創造出時間晶體。根據這篇論文的說法,科學家在實驗中應用讓量子位元上下自旋的算法,從而產生一個可以持續“無限長時間”的可控系統。

    時間晶體由空間中的原子在時間上以重復模式排列而成。這種設計使它們能夠能量守恒的情況下隨時間演化。由于整個時間晶體的持續演化,因此也不需要太多能量輸入就能維持自身的穩定性。這種新物相可能對原本依賴極其脆弱量子位元的量子計算機有用。

    目前量子計算機中的量子位元容易出錯,也非常脆弱,研究人員很難對其進行控制和干預。姚穎則表示,時間晶體可能會引入一種維持量子計算的更好方法。

    此外,這項工作所涉及的領域也是物理學家長期以來希望取得突破的領域。

    “結果將是驚人的:你打破了熱力學第二定律,”這篇論文的合著者羅德里希 莫斯納 (Roderich Moessner) 說道。

    2012 年,諾貝爾獎得主物理學家弗蘭克 威爾切克(Frank Wilczek)最早提出了時間晶體的概念,他起初懷疑原子能否可以像普通晶體中那樣在時間軸上以重復模式排列。

    從本質上講,威爾切克是想知道一個封閉系統是否能夠以重復方式旋轉、振蕩或運動。多年來,世界各地的研究人員或多或少在驗證威爾切克的觀點。

    隨著時間推移,時間晶體的定義擴大到包括受震動、攪拌或激光轟擊等外部影響而激活的物體。

    威爾切克說,“這個定義并不確定。但如果你想稱它為一種新的物質狀態,你會希望它是自發進行的,而不是受到外部影響!

    早期的驗證實驗用激光泵送離子,使其人為發生振蕩。威爾切克補充說,這種方法有用,但難以擴展和復現。

    到 2017 年,哈佛大學和馬里蘭大學的科學家們透露,他們在低溫實驗室中創造出微觀尺度的時間晶體。最近,荷蘭代爾夫特理工大學一個研究團隊也公布了他們利用鉆石構建時間晶體的方法。

    科學家們說,大可以把時間晶體想象成能打破熱力學第二定律的永動機。時間晶體也是第一種自發打破“時間平移對稱性”的東西。

    威爾切克稱,雖然谷歌研究工作只創造出毫秒級的時間晶體,但是這項研究看起來很有希望。他補充說,假設一旦硬件更先進,由此產生的時間晶體將能夠持續更長時間。

    “沒有什么是永恒的,即使是鉆石中的質子最終也會衰變,”威爾切克說!叭绻隳苤圃斐鲆环N可以持續數百萬次或數千次周期的時間晶體,就能支持對環境敏感的技術。即使它并不完美,你也可以做很多事情!

    編 輯:章芳
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