今天的一些量子物理學家正在修補物質的一個深奧階段，這似乎違反了我們的一些物理定律。
在過去的幾年裡，世界各地的物理學家一直在構建另一種物質狀態：「時間晶體」。 您可能對充斥地球日常生活的物質的基本狀態（固體、液體、氣體）非常熟悉。
但是這三種外觀和行為各不相同的物質並不是宇宙的全部——遠非如此。科學家們已經發現（或創造）了數十種更奇特的物質狀態，通常帶有神秘和奇特的名稱：超流體、玻色-愛因斯坦凝聚體和中子簡併物質，僅舉幾例。
在過去的幾年裡，世界各地的物理學家一直在構建另一種物質狀態：「時間晶體」。如果這看起來像是 B 級電影技術混亂，那它就不再是技術混亂了。使用量子計算機，一些研究人員創造了一種時間晶體，他們認為，它在物理學世界中牢固地建立了時間晶體。
研究人員尚未正式發表他們的研究，但上個月，他們在 ArXiV 網站上發佈了預印本（一篇尚未經過同行編輯的科學論文）。
那麼究竟什麼是時間水晶呢？它可能聽起來像是使時間機器運轉的關鍵部件，某種未來的動力源，或者可能是失落的外星文明的神器。但是，對科學家來說，時間晶體實際上是更微妙的東西：對物理定律的好奇。
任何標準晶體（例如鑽石、祖母綠甚至冰塊）的定義是晶體的原子以某種方式在空間中以重複的模式排列。有空間的三個維度——還有第四個維度，時間。所以物理學家想知道晶體的原子是否可以按時間重複排列。
在實踐中，這就像這樣。您創建了一個晶體，其原子以一種狀態開始。如果你用精細調諧的激光轟擊該晶體，這些原子可能會翻轉到另一種狀態——然後翻轉回來——然後再次翻轉——依此類推，所有這些都沒有真正從激光中吸收任何能量。
如果你退後一步，你剛剛創造的是一種物質狀態，它永遠在運動，無限期地，不吸收任何能量。
這可不是一件小事。它違背了經典物理學最神聖的原則之一：熱力學第二定律。該定律指出，熵或無序的數量總是趨於增加。把它想像成一個花瓶，在桌子的邊緣搖搖晃晃。宇宙想要把那個花瓶推倒，讓它在地板上粉碎。要把它拼湊起來，你必須投入能量。
時間晶體實際上是一個相當新的想法，2012 年由諾貝爾獎獲得者物理學家弗蘭克·威爾切克首次提出理論。當時並非所有物理學家都接受這一理論，有些人聲稱熱力學第二定律將抬頭。
自然，堅定地研究人員發現了漏洞。2016 年，馬里蘭大學的物理學家設法從一組橢原子中找到了一個粗製的時間晶體。其他團體已經在鑽石內部 創造了時間晶體。
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但是這些最新的時間水晶修補匠做了一些不同的事情。他們求助於谷歌並使用了一台量子計算機：一種利用量子力學怪癖的設備，這是一種看似神秘的物理學，可以在最小的尺度上引導宇宙。量子計算機不像日常使用的「經典」計算機那樣使用硅片，而是直接使用原子或粒子進行操作。這使得物理學家能夠進行傳統計算機可能非常困難的實驗，因為量子物理學——它允許粒子同時成為多個事物並讓粒子在看似不可能的距離上相互作用——變得非常深奧。
費米實驗室的量子計算機研究員加布里埃爾·珀杜（ Gabriel Perdue）說，使用傳統計算機，「模擬規則的能力……變得非常困難」，費米實驗室是芝加哥郊區的一個國家實驗室，專註於高端粒子物理學。
但是，通過在量子計算機的處理器中排列粒子，可以真正研究微小粒子系統，就好像它們是積木一樣。這是一種強大的能力，在非量子世界中你不會看到太多。
「我們不計算，你知道，棒球能走多遠……通過建造微型棒球運動員和進行模擬，」珀杜說。但他說，在非常小的範圍內做一些非常相似的事情，是研究人員使用谷歌的量子計算機來製造他們的時間晶體的方法。
在這種情況下，物理學家可以取出原子，重新排列它們，然後用激光脈衝它們來驅動時間晶體。這種設置使研究人員能夠製造出比之前任何時間晶體都大的時間晶體。雖然許多以前的時間晶體在幾個來回翻轉周期內都是短暫的並且解體，但這項最新時間晶體工作背後的科學家們對他們所創造的穩定性感到驚訝。
「對我來說，這裡最令人興奮的是，」珀杜說，「它展示了使用量子計算機真正模擬量子物理系統並以一種非常新穎和令人興奮的方式對其進行研究。」
那麼，這些時間晶體真的會引發新一波新生的時間機器嗎？
可能不是。但它們可能有助於使量子計算機變得更加強大。工程師們多年來一直在努力創造可以用作量子計算機內存的東西。有些相當於支撐傳統計算機的硅。物理學家認為，時間晶體可以達到這個目的。
珀杜說，這個實驗也證明了量子計算機在做科學方面的力量。「同一個平台可以讓你輕鬆模擬一些很酷的算法，」他說，「同樣適用，而且我認為模擬這類系統的效果更好。」
