最複雜的時間晶體是在量子計算機內創建的

量子計算機中創造出了一種比之前製造的任何晶體都更複雜的時間晶體。對這種不尋常的量子裝置特性的研究強化了量子計算機作為非常適合科學發現的機器的情況。

典型的晶體的原子在空間中以特定的重複模式排列，但時間晶體是由跨時間重複的模式定義的。時間晶體反复循環通過同一組配置，並且除非有害的環境影響，否則應該無限期地繼續循環。

由於這種不確定的運動，時間晶體最初似乎對物理基本定律構成了威脅，但在過去的十年中，研究人員在實驗室中製造了幾種這樣的晶體。現在，西班牙 Donostia 國際物理中心的尼古拉斯·洛倫特 (Nicholas Lorente) 和他的同事使用 IBM 的超導量子計算機創建了前所未有的複雜時間晶體。

雖然過去的大多數研究都集中在一維時間晶體（可以與一排整齊的原子進行比較），但研究人員開始創建一個二維時間晶體。為此，他們使用了 144 個超導量子位，這些量子位排列在互連的蜂窩狀結構中。每個量子位的行為與量子機械自旋類似，團隊可以控制相鄰量子位之間的相互作用。

隨著時間的推移改變這些相互作用是產生時間晶體的原因，但研究人員還能夠對相互作用進行編程，使其具有比之前使用時間晶體進行的量子計算實驗更複雜的強度結構。

達到這種新的複雜程度的能力使該團隊不僅能夠創建比迄今為止量子計算機創建的任何其他晶體都更複雜的時間晶體，而且還可以開始映射整個量子位系統的特徵以生成其“相圖”。繪製相圖是理解材料特性的重要一步：例如，水的相圖顯示了水在給定溫度和壓力下是液體、固體還是氣體。

IBM 的傑米·加西亞 (Jamie Garcia) 表示，這項實驗可能是眾多步驟中的第一步，這些步驟最終可能導致量子計算機幫助設計新材料，該材料基於對量子系統可能具有的所有可能特性的更完整了解，包括時間晶體等奇怪的特性。

研究人員著手模擬的模型在其相圖中具有時間晶體，該模型已經非常複雜，傳統計算機無法在沒有近似值的情況下對其進行模擬。與此同時，所有現有的量子計算機都會出現錯誤，因此研究人員必須使用這些傳統方法來評估量子結果可能在哪裡變得不可靠。加西亞說：“近似傳統方法與精確但容易出錯的量子方法之間的相互作用可以提高我們對未來許多複雜材料量子模型的理解。”

中國科學院大學的黃彪表示：“二維繫統實際上很難進行數值模擬，因此超過 100 個量子位的大規模量子模擬應該成為未來研究的起點。”他說，這項新研究代表了量子物質研究多個領域令人興奮的實驗進展。黃說，特別是，它可以幫助將可以在量子計算機上模擬的時間晶體與可以在某些類型的量子傳感器中創建的類似狀態聯繫起來。