打破經典定律！谷歌成功研究出對抗物理的“時間晶體”

2021-08-06 14:36:03來源：鳳凰網科技

北京時間8月6日消息，外媒報道稱，谷歌量子計算部門的研究人員發表了一項研究稱使用該公司的Sycamore量子計算機創建了對抗物理的“時間晶體”。

如果這一研究結果屬實，將打破熱力學第二定律，但時間晶體似乎并沒有對熵發出警告，現在谷歌說它不僅看到了它的作用，而且產生它的過程是可擴展的，其影響可能是巨大的。不僅可以證明時間晶體是真實的，而且它們實際上可能會被用于一些實際的現實世界。

據悉，時間晶體既穩定又不斷變化，可定義的狀態以可預測的間隔重復，而不會分解為完全隨機的狀態。

不用太糾結于量子位(可以代表1和0的亞原子粒子，是量子計算的基礎)的上旋和下旋。谷歌聲稱所做的基本上是一個跳棋一邊是紅色的棋子，另一邊是黑色的棋子，并比喻性地擊打桌子，以完美地切換兩側而不消耗任何能量。

時間晶體的概念首先由諾貝爾物理學獎得主弗朗克·韋爾切克于2012年提出。相對于尋常晶體在空間上呈周期性重復，時間晶體則在時間上呈周期性重復而呈現永動狀態。時間晶體在時間平移對稱上具有自發對稱破缺現象。時間晶體也與零點能量和動態卡西米爾效應有關。

2016年，姚穎(英語：Norman Y. Yao)與加州大學柏克萊分校物理系的同僚提出在實驗室建構時間晶體的藍圖;隨后此藍圖經兩組人馬采用，包括馬里蘭大學的Christopher Monroe以及哈佛大學的Mikhail Lukin，兩團隊皆成功創造出時間晶體，實驗成果于2017年3月發表在《自然》期刊。

常規晶體是一個三維物體，它們的內部原子按照有規則的順序重復排列而構成。時間晶體是一種四維以上晶體，在時空中擁有一種周期性結構。一個時間晶體能自發破壞時間平移的對稱性，做空間的非平移運動，時間晶體的構成以‘空間’非定域的粒子交叉存在做相互關聯運動，是能效粒子的‘額外維’超出‘定域空間’的能動量，時間晶體的存在同樣揭示了‘超額外維度’的存在意義。

它可以隨著時間改變，但是會持續回到它開始時的相同形態，就如一個鐘的移動的指針周期性的回到它的原始位置。

與普通的鐘或者其他周期性的過程不同的是，時間晶體和空間晶體一樣會是最低限度的能量的一種狀態。可以將它看作是一只可以永遠保持走時精確無誤的鐘，即便是在宇宙達到熱寂之后也是如此。

1、時間晶體的運動應該不消耗任何能量，相反，它應該處于一種穩定的最小能量狀態，就像鉆石和其他傳統的晶體一樣。即使這樣，它仍然是處于一種永動狀態。

2、時間晶體并不違背能量守恒定律。通常情況下，所謂的永動機肯定不會長久，因為它們并不是處于一種基態，它們的能量會隨著運動而消耗，最終能量會消耗殆盡。在時間晶體中，能量是守恒的，因為沒有任何能量被移走。在這些物體中，但是物體中原子的運動速率并非為零。

熱力學第二定律可以導出宇宙“熱寂”的命運，這是一種可能的理論。

而即使我們的宇宙真的達到了熱寂狀態，它也并不意味著計算的終結。一種被稱作“時間晶體”的特殊裝置在理論上將可以繼續被作為計算機使用，即便是在宇宙達到熱寂狀態之后也是如此。最近，科學家們給出了設計這種特殊裝置的最新藍圖，從而讓這一前景又向前邁進了一步。

常規晶體是一個三維物體，它們的內部原子按照有規則的順序重復排列而構成，比如我們每天吃的食鹽。之所以晶體會采用這一規則的方式，是因為這樣做可以讓其內能達到最低。

今年早些時候，美國麻省理工學院的理論物理學家弗蘭克·維爾澤克(Frank Wilczek)指出，在更高的維度上，比如作為第四維的時間，同樣可以存在這種重復排列的結構模式。

為了將常規的三維晶體空間對稱性轉換至四維空間，這樣一個“時間晶體”中的原子必須不斷旋轉并不斷歸位。

尤為關鍵的是，它們還都必須處于各自的最低能量狀態。這就意味著即便在宇宙熵已經達到最大值，并最終冷卻達到均一溫度(即所謂的“熱寂”狀態)，這種旋轉還將自然地持續下去。

標簽：谷歌物理