据外媒报道，研究人员最近利用量子计算机创造了一种物质状态为——的新时间晶体。
这些时间晶体是在谷歌的Sycamore芯片中制造的，并储存在量子低温恒温器中。
时间晶体可以在两种状态之间永远循环，而不会失去任何能量，从而成功地避开了最重要的物理定义之一，——，热力学第二定律该定律指出，一个孤立系统的无序状态必须始终处于递增状态而这种神奇的时间水晶却可以一直保持稳定，虽然它在不断变化，但不会溶解成随机状态
根据预印数据库arXiv发表的一篇论文，今年7月28日，科学家利用量子比特在谷歌Sycamore量子处理器的核心创建了一个时间晶体，持续时间约为100秒。
这种奇怪的物质新状态及其物理行为让科学家们兴奋不已，更不用说仅仅在9年前，人们刚刚预言了时间晶体的存在。
在物理学家眼里，时间晶体是非常神奇的物质，因为它们不受热力学第二定律的束缚，而热力学第二定律是最牢不可破的物理定律之一该定律指出熵总是处于增加的状态如果你想改善秩序，你必须增加能量
这种一直无序的倾向可以解释很多现象，比如为什么配料很容易混合在一起，但是混合物很难分离，或者为什么口袋里的耳机线总是拧成一团定律也决定了时间之箭:的方向过去的宇宙总是比现在的宇宙更有秩序比如你把电影倒过来，看起来会很奇怪，因为这个熵流方向和你的直觉是相反的
但是时间晶体并不遵循这个规律它不会逐渐达到热平衡状态，而是会卡在热平衡以上的两种能量状态之间，在这两种状态之间无限来回切换
为了解释这种现象有多不寻常，让我们举个例子假设有一个封闭的盒子，里面装满硬币，然后摇晃一百万次伴随着这些硬币在盒子里来回反弹，它们将变得越来越混乱，并经历所有可能的安排，直到晃动停止打开盒子后，里面的硬币都是随机排列的，大约一半朝上，一半朝下无论盒子里的硬币一开始是怎么摆放的，我们都可以预见，它们最终会处于这种半上半下的无序状态
在谷歌Sycamore量子处理器的盒子里，我们可以把量子比特看作刚才提到的硬币就像硬币可能面朝上或面朝下一样，量子位也可能是0或1，或者是这两种状态的叠加时间晶体的奇异性在于，无论它在两种状态之间摇动或切换多少次，时间晶体的量子比特都无法转换为最低能态，它们只能从起始态跳到第二态再跳回来
时间晶体最终不会是随机的形状，而是被困在两种状态之间就好像它记得自己的初始状态，然后重复这个规律从这个角度来看，时间晶体就像一个永不停止摆动的钟摆
即使你将一个钟摆与整个宇宙物理隔离，在零摩擦和空气阻力的情况下，它最终也会停止摆动，这是热力学第二定律的结果英国拉夫堡大学的物理学家Asiri Slazaledes指出，他是2015年最早发现这种新状态存在可能性的科学家之一一开始能量集中在钟摆的质心，但最终总是转化为物质的内部自由，比如钟摆内部原子的振动
根据热力学第二定律，所有系统都会向无序演化，即能量在空间中均匀分布。
事实上，大尺度物体永远不可能像时间晶体一样，因为只有——量子力学，微观世界的主导定律，才能让时间晶体存在。
在量子世界中，一个物体同时具有粒子和波的双重特性，空间中给定区域的振幅代表了在该位置找到粒子的概率可是，随机性可能会导致粒子的概率波在除了微小区域之外的空间中相互抵消这样，粒子的位置是固定的，既不能移动也不能改变其状态，也不能与周围环境达到热平衡，即粒子是局部化的
研究人员将粒子的定位过程作为他们的实验基础他们使用20条超导铝带作为量子位，然后将每条铝带设置为两种可能的状态之一接下来，他们用微波束轰击超导铝带，将量子位转换到另一种状态研究人员将这个过程重复了上万次，在不同的时间点暂停了实验，记录了当时量子比特的状态研究发现，所有量子比特作为一个整体，总是在两种构型之间来回切换，微波束没有吸收热量，因此晶体诞生于——小时
他们还观察到一个关键线索，证明时间晶体是一种物质状态当周围环境发生变化时，身体状态一般都很稳定例如，如果环境温度变化很小，固体不会熔化，液体不会突然蒸发或冻结同样，如果用来改变量子位状态的微波束发生微小变化，距离180的完美翻转还有一点距离，那么量子位仍然会切换到另一种状态
并不是说不到180就什么都毁了拉扎德斯指出，即使你犯了一点小错误，时间水晶仍然可以神奇地被翻过来
打破物理学的对称性是状态改变的另一个标志物理对称性是指同一物体在任何时间或空间点的物理定律都是相同的例如，当水处于液态时，水分子在每个空间位置和方向的流动遵循相同的物理规律可是，如果水被冷却并变成冰，分子就会形成晶体结构，每个分子在结构中有自己的特定位置在这种情况下，空间中的每个水分子都被占据了，除了它自己选择的位置，其他所有可能的位置都是空的，从而打破了水的空间对称性
就像水分子通过打破空间对称性变成空间晶体一样，时间晶体也是通过打破时间对称性形成的当它们转变成暂时的水晶状态时
之前，每一排量子比特在时间上始终是对称的但微波束的周期将这些量子比特的恒定状态切分成了若干离散的片段接下来，量子比特以微波束周期的两倍来回切换，结果成功打破了由激光施加的离散时间平移对称性，成为了我们所知的首个能够做到这一点的物质
这些奇异之处意味着，围绕时间晶体或许能产生许多物理学新发现，谷歌 Sycamore 量子处理器也将成为进一步探索的理想平台不过，它依然有改进的空间就像所有量子系统一样，谷歌的量子计算机也必须与环境完全隔绝开来，防止量子比特发生退相干，这最终会瓦解量子定域化效应，摧毁时间晶体研究人员还在寻找更好的处理器隔绝方法，尽量缓解量子退相干的影响，但终究无法将其彻底消除
尽管如此，此次实验可能依然是短期内研究时间晶体的最佳途径虽然不少项目已经成功造出了看似时间晶体的物质，但这些晶体的分解速度太快，来不及开展详细研究
这些晶体在理论上过于新颖，可谓有好有坏，因为物理学家目前还不清楚它们有何用武之地不过冯凯瑟林克提出，它们可以被用在高精度传感器中还有人提出，这些晶体可用于提高内存，或用于制造处理速度更快的量子计算机
不过，时间晶体最大的用处或许已经体现出来了:让科学家得以进一步探索量子力学的边界。
它让你不仅能够研究自然界中存在的物体，还能让你亲自设计它，考察量子力学让你做什么，不让你做什么，拉扎莱德斯指出，如果你在自然界中找不到某样东西，并不意味着它无法存在 —— 我们只需要自己创造一个出来就行了。
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