看时间晶体制作的力量

时间晶体的存在预言成真！激光为基础转化为实实在在的设备组件

2022年03月16日  新浪科技

新浪科技讯 北京时间3月16日消息，据国外媒体报道，2012年，麻省理工学院物理学家、诺奖得主弗兰克·韦尔切克在理论上首次预言了时间晶体的存在。在多年的辛苦研究之后，实验学家一直到2021年才终于造出了一枚时间晶体。不过，一支物理学家团队最近取得了另一项重大进步：用光线造出了时间晶体。研究报告于今年二月发表在了期刊《自然通讯》上。

　　研究团队使用了两束激光束打入一个直径一毫米、呈圆盘状的晶体空腔中。两束激光会在空腔中来回反弹、不断相撞。研究人员特意选择了空腔的形状，并对激光束的特性加以控制，使得激光反射出的光线产生了任何普通光线都从未形成过的规律：在空腔内部来回反射的激光形成了多个孤立波。这些波具有可以预测的周期性，并且节奏完全匹配，因此可以视作一个时间晶体。

　　如果一个迷你版的你拿着光线探测器站在空腔出口处，你探测到的光线强度一开始会呈现出周期性变化，具体情况取决于激光束的自身特性。但到了某一时刻，你探测到的光线强度规律会突然改变。就像在电视上看电影时、电影突然开始快进一样，而且快进的速度似乎是由显示器中某种看不见的机制决定的，完全不由你控制。我们也能在这些光波中看出一些周期性特征，但这些周期其实是激光自带周期的两倍、三倍或其它整数倍。周期的增长说明出现了一个天生便可为自己计时的量子系统——换句话说，产生了一个以光线为基础的时间晶体。晶体的周期性和重复规律则完全由自己决定。

　　团队创造的时间晶体在普通的环境下也可以正常运作。在相对较高的温度下进行的，更加接近我们在日常生活中观察到的各种复杂过程。

　　此次研发的时间晶体在现实世界中表现得十分“强韧”，这个系统也会随机地流失能量，也会渐渐产生噪音，但这其实还增强了系统的稳定性。一般来说，这两个问题都会试图破坏系统的晶体性，为避免这类外来扰动，时间晶体一般必须与环境严格隔绝，但新系统却在其中找到了平衡。

由于能量流逝和噪音通过“密谋”、实现了互相牵制，作为计时装置，以激光为基础的时间晶体的准确度也许比当前最流行的原子钟略有逊色。但它的稳定性和简洁性却很适合用在通讯或计算装置上，因为这些设备既需要精准计时，又不能太过脆弱，在实验室以外的普通环境中也要正常运作。此外，一些常用的电子元件生产技术或许还能将时间晶体整合到芯片中，使该系统更容易与现有的消费者产品适配。

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生产时间晶体的力量是激光，也就是电磁力，电磁力分为引力和斥力，二者能相互转换。