科学家物质新形态时间晶体不再是科幻,这是一篇与科学家论文范文相关的免费优秀学术论文范文资料,为你的论文写作提供参考。
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3月9日,《自然》杂志以“时间晶体”为封面,介绍了两篇重要论文,分别以哈佛大学和马里兰大学为首的两个科研团队,首次用不同方法同时制造出“时间晶体”,宣告了“时间晶体”不再只是科幻剧《神秘博士》中虚拟的“时空穿梭机”,而是一种实实在在的真实存在,更为人类研究物质特性打开了全新的思维方式.
什么是“时间晶体”
爱因斯坦告诉我们,世界是四维的,除了三维的空间之外,还有一个维度就是时间.既然我们生活周围有这么多在三维空间上结晶的晶体,是不是也存在着在时间上结晶的晶体呢?
于是,诺贝尔奖获得者、麻省理工学院物理学家弗兰克·维尔泽克和同事于2012年提出了“时间晶体”理论,当时他们发表论文阐述了相关理论,认为“时间晶体”是一种处于基态（能量最低状态）可做周期运动的理论系统,其破坏了时间平移对称性,因此旋转时的能量比静止时还要低,能在不消耗能量的前提下以固定模式运动.
去年夏天,著名物理期刊《物理评论快报》刊登了一篇论文,美国加州大学伯克利分校研究人员描述了制造“时间晶体”和测量其特性的方法.论文主要作者、该校助理教授姚颖在接受外媒采访中曾用果冻来形象解释“时间晶体”,认为与果冻受到反复拍打后出现的周期性晃动类似,“时间晶体”在受到冲击后原子结构也会在时间维度上周期性重现.
也有研究人员用海绵来帮助人们理解“时间晶体”的概念,当人们每次用同样力量捏海绵时,海绵会周期性呈现相同的形状,“时间晶体”内量子系统具有类似运动.
“时间晶体”真实存在
这次两个不同研究团队在制造“时间晶体”实验中,都运用到姚颖提出的方法,其名字同时出现在两篇论文的作者队伍中.姚颖表示,其团队在两组实验中扮演着理论假设与实际操作之间的桥梁作用,成功帮助他们以不同方式制造出“时间晶体”.
其中,以马里兰大学张颉颃博士为首的科研团队将10个带电镱离子排成一条直线,再用一束激光轰击离子创造一个磁场,用另一束激光反转原子的自旋方向,一遍一遍地重复该过程,最终让原子进入在时间上重复的反转模式,从而制造出“时间晶体”.
而哈佛大学的科研团队以金刚石和其中100万个随机分布的氮—空位为实验平台,制备出一种离散型“时间晶体”.因实验样本大,这一方法暗示“时间晶体”在自然界中存在的可能性比想象的要高很多.
清华大学交叉信息研究院量子信息中心尹璋琦博士介绍,这次制造的“时间晶体”展现出来的运动周期与外加脉冲的周期不一样,比外加脉冲周期要长,是它的两倍、三倍或者更多倍.而且在外加驱动下,系统很难演化到热平衡态.这意味着他们通过实验展现出“时间晶体”的核心概念—时间平移对称性的自发性破缺.
物理学研究的新世界
姚颖认为,“时间晶体”是一种全新的物质形态,与过去半个世纪里一直研究的金属和绝缘体等平衡态物质不同,其处于一种非平衡态,将为物理学研究打开一个全新世界,解答与物质本性有关的各种基本问题.
尹璋琦表示,按照维尔泽克的设想,有了“时间晶体”,人们就能开发出在三维空间和时间维度中结晶的时空晶体,未来对时空晶体进行编程,可设计出复杂的周期运动回路,代表不同比特和比特间的运算,然后将人脑意识上传到时空晶体中,保存人生中最美好最难忘的记忆.
现在,“时间晶体”已经制造成功,其实际运用或在不久后实现,将能帮助科學家开发出储存和处理数据的全新量子计算机,掀开量子计算的新篇章.
（本文转自《科技日报》）
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