今天的一些量子物理学家正在修补物质的一个深奥阶段，这似乎违反了我们的一些物理定律。
在过去的几年里，世界各地的物理学家一直在构建另一种物质状态：“时间晶体”。 您可能对充斥地球日常生活的物质的基本状态（固体、液体、气体）非常熟悉。
但是这三种外观和行为各不相同的物质并不是宇宙的全部——远非如此。科学家们已经发现（或创造）了数十种更奇特的物质状态，通常带有神秘和奇特的名称：超流体、玻色-爱因斯坦凝聚体和中子简并物质，仅举几例。
在过去的几年里，世界各地的物理学家一直在构建另一种物质状态：“时间晶体”。如果这看起来像是 B 级电影技术混乱，那它就不再是技术混乱了。使用量子计算机，一些研究人员创造了一种时间晶体，他们认为，它在物理学世界中牢固地建立了时间晶体。
研究人员尚未正式发表他们的研究，但上个月，他们在 ArXiV 网站上发布了预印本（一篇尚未经过同行编辑的科学论文）。
那么究竟什么是时间水晶呢？它可能听起来像是使时间机器运转的关键部件，某种未来的动力源，或者可能是失落的外星文明的神器。但是，对科学家来说，时间晶体实际上是更微妙的东西：对物理定律的好奇。
任何标准晶体（例如钻石、祖母绿甚至冰块）的定义是晶体的原子以某种方式在空间中以重复的模式排列。有空间的三个维度——还有第四个维度，时间。所以物理学家想知道晶体的原子是否可以按时间重复排列。
在实践中，这就像这样。您创建了一个晶体，其原子以一种状态开始。如果你用精细调谐的激光轰击该晶体，这些原子可能会翻转到另一种状态——然后翻转回来——然后再次翻转——依此类推，所有这些都没有真正从激光中吸收任何能量。
如果你退后一步，你刚刚创造的是一种物质状态，它永远在运动，无限期地，不吸收任何能量。
这可不是一件小事。它违背了经典物理学最神圣的原则之一：热力学第二定律。该定律指出，熵或无序的数量总是趋于增加。把它想象成一个花瓶，在桌子的边缘摇摇晃晃。宇宙想要把那个花瓶推倒，让它在地板上粉碎。要把它拼凑起来，你必须投入能量。
时间晶体实际上是一个相当新的想法，2012 年由诺贝尔奖获得者物理学家弗兰克·威尔切克首次提出理论。当时并非所有物理学家都接受这一理论，有些人声称热力学第二定律将抬头。
自然，坚定地研究人员发现了漏洞。2016 年，马里兰大学的物理学家设法从一组椭原子中找到了一个粗制的时间晶体。其他团体已经在钻石内部 创造了时间晶体。
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但是这些最新的时间水晶修补匠做了一些不同的事情。他们求助于谷歌并使用了一台量子计算机：一种利用量子力学怪癖的设备，这是一种看似神秘的物理学，可以在最小的尺度上引导宇宙。量子计算机不像日常使用的“经典”计算机那样使用硅片，而是直接使用原子或粒子进行操作。这使得物理学家能够进行传统计算机可能非常困难的实验，因为量子物理学——它允许粒子同时成为多个事物并让粒子在看似不可能的距离上相互作用——变得非常深奥。
费米实验室的量子计算机研究员加布里埃尔·珀杜（ Gabriel Perdue）说，使用传统计算机，“模拟规则的能力……变得非常困难”，费米实验室是芝加哥郊区的一个国家实验室，专注于高端粒子物理学。
但是，通过在量子计算机的处理器中排列粒子，可以真正研究微小粒子系统，就好像它们是积木一样。这是一种强大的能力，在非量子世界中你不会看到太多。
“我们不计算，你知道，棒球能走多远……通过建造微型棒球运动员和进行模拟，”珀杜说。但他说，在非常小的范围内做一些非常相似的事情，是研究人员使用谷歌的量子计算机来制造他们的时间晶体的方法。
在这种情况下，物理学家可以取出原子，重新排列它们，然后用激光脉冲它们来驱动时间晶体。这种设置使研究人员能够制造出比之前任何时间晶体都大的时间晶体。虽然许多以前的时间晶体在几个来回翻转周期内都是短暂的并且解体，但这项最新时间晶体工作背后的科学家们对他们所创造的稳定性感到惊讶。
“对我来说，这里最令人兴奋的是，”珀杜说，“它展示了使用量子计算机真正模拟量子物理系统并以一种非常新颖和令人兴奋的方式对其进行研究。”
那么，这些时间晶体真的会引发新一波新生的时间机器吗？
可能不是。但它们可能有助于使量子计算机变得更加强大。工程师们多年来一直在努力创造可以用作量子计算机内存的东西。有些相当于支撑传统计算机的硅。物理学家认为，时间晶体可以达到这个目的。
珀杜说，这个实验也证明了量子计算机在做科学方面的力量。“同一个平台可以让你轻松模拟一些很酷的算法，”他说，“同样适用，而且我认为模拟这类系统的效果更好。”
