科學家將「時間晶體」與真實設備連接，實現量子突破

阿爾託大學應用物理系的研究人員現已實現了一個重要的里程碑，首次將時間晶體連接到外部系統。這項研究由學院研究員 Jere Mäkinen 領導，展示了團隊如何將時間晶體轉變為光機械系統。這種方法可能會帶來諸如高精度感測器或改進的量子電腦儲存系統等技術，從而提高其性能。

研究結果發表於 自然通訊。

「只要不受外部能量輸入（例如透過觀察）的干擾，永動在量子領域是可能的。因此，時間晶體從未與外部系統連接，」馬基寧說。 “但我們做到了，並首次表明，你可以使用這種方法調整晶體的特性。”

創建並持有時間晶體

為了建構該系統，研究人員使用無線電波將磁振子注入冷卻至接近零度溫度的超流體 Helium-3 中。磁振子是準粒子，即行為如同單一粒子的粒子群。當無線電波輸入關閉時，磁振子將自身排列成時間晶體。

這次，晶體繼續運動了一段異常長的時間，持續了長達 108 個週期或分鐘，然後逐漸減弱到無法測量的水平。隨著它逐漸減弱，時間晶體與附近的機械振盪器相互作用。這種相互作用的性質取決於振盪器的頻率和振幅。

將時間晶體與光力學連結起來

「我們表明，時間晶體頻率的變化與物理學中眾所周知的光力學現象完全相似。例如，這些現像用於在美國雷射干涉儀重力波天文台探測重力波。透過減少能量損失並提高機械極限的頻率，可以在振盪器邊緣附近進行最佳化。量子領域，」Mäkinen 說。

這種與光力學的連結非常重要，因為它提供了一種控制和調整時間晶體行為的方法，而這在以前是不可能的。

量子計算和感測的潛力

時間晶體可能在推進量子技術方面發揮重要作用。它們比典型的量子系統持續時間更長的能力使它們特別有前途。

「時間晶體的使用壽命比目前量子運算中使用的量子系統長一個數量級。最好的情況是時間晶體可以為量子電腦的儲存系統提供動力，從而顯著改進它們。它們還可以用作頻率梳，作為極高靈敏度測量設備中使用的頻率參考，」Mäkinen 說。

這項工作是利用低溫實驗室進行的，該實驗室是芬蘭國家奈米、微米和量子技術基礎設施 OtaNano 的一部分。團隊也使用了 Aalto Science-IT 專案提供的計算資源。