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两颗水晶首次成功连接在一起

物理学家刚刚向看起来像科幻小说中的东西的量子设备迈出了惊人的一步。

孤立的粒子群第一次表现出奇怪的行为 物态 它们被称为时间晶体,已被连接到一个非常有用的复杂系统中 定量统计.

在第一次观察到两个时间晶体之间的相互作用之后,在两年前的一篇论文中进行了详细介绍,这是将时间晶体用于实际目的的可能性的下一步,例如量子信息处理。

时间晶体在几年前的 2016 年才被发现并得到官方证实,曾经被认为在物理上是不可能的。 这是一种与普通晶体非常相似的物质相,但具有额外的、非常奇怪和特殊的性质。

在普通晶体中,原子排列成固定的三维晶格结构,如金刚石或石英晶体的原子晶格。 这些重复的夹具可以在配置上有所不同,但它们显示的任何运动都完全来自外部推力。

在时间晶体中,原子的行为略有不同。 它们及时显示出无法用外部冲动或冲动解释的运动模式。 这些振荡 – 称为“滴答声” – 被锁定到一个规则和指定的频率。

从理论上讲,时间晶体在其可能的最低能量状态(称为基态)中跳动,因此在很长一段时间内都是稳定和连贯的。 因此,由于规则晶体结构在空间中重复,时间晶体在空间和时间中重复,呈现出永久的基态运动。

“每个人都知道永动机是不可能的,” 物理学家和主要作者 Samuli Autti 说 来自英国兰开斯特大学。

“然而,在量子物理学中,只要我们闭上眼睛,永动机就可以了。通过这个狭缝,我们可以制造出时间晶体。”

团队工作的时间晶体形成 准粒子 他们被称为马农。 磁振子不是真正的粒子,而是由旋转电子的集体激发组成,就像通过自旋网络传播的波一样。

当氦 3 – 一种具有两个质子但只有一个中子的氦的稳定同位素 – 冷却到绝对零度的万分之一时,就会出现木扁石。 这导致了所谓的超通道 B,它是一种粘性的低压液体。

在这种介质中,时间晶体形成为空间上不同的玻色-爱因斯坦凝聚体,每个凝聚体都由一万亿个磁振子准粒子组成。

一个 玻色-爱因斯坦电容 它由冷却到绝对零以上的玻色子组成(但未达到绝对零,此时原子停止移动)。

这导致它们陷入低能量状态,移动非常缓慢,并聚集在一起足以重叠,从而形成高密度的原子云,其作用类似于单个“超级原子”或物质波。

当两个晶体相互接触时,它们交换了磁铁。 这种交换影响了每个时间晶体的振荡,创建了一个系统,可以选择在两个独立的状态下运行。

在量子物理学中,可以具有多个状态的事物在通过明确的类比叠加之前以这些状态的混合物存在。 所以有一个文件 时间水晶 它在两态系统中运行 它为基于量子的技术提供了丰富的新选择。

时间晶体是一种将它们用作量子比特的公平方式,因为首先要解决大量障碍。 但是碎片开始不合适了。

今年早些时候,另一个物理学家团队宣布他们已经成功制造出不需要与周围环境隔离的室温时间晶体。

时间晶体之间更复杂的相互作用及其精确控制需要进一步发展,无需过冷流体监测相互作用的时间晶体也需要进一步发展。 但科学家们持乐观态度。

“事实证明,将它们两个放在一起效果很好,即使一开始没有时间水晶,” 奥蒂说. “而且我们已经知道它在室温下也存在。”

搜索发表于 自然通讯.

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