物理學(xué)家創(chuàng)造新型時(shí)間準(zhǔn)晶體 – Inside a Diamond

一種新型的時(shí)間水晶可能代表量子物理學(xué)的突破。

在用激光照射的鉆石中，物理學(xué)家創(chuàng)造了他們認(rèn)為是時(shí)間準(zhǔn)晶體的第一個(gè)真正例子——其中時(shí)間圖案是結(jié)構(gòu)化的，但不會(huì)重復(fù)。這是一個(gè)細(xì)微的區(qū)別，但可以幫助發(fā)展量子研究和技術(shù)。

“他們可以長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)量子內(nèi)存，本質(zhì)上就像 RAM 的量子模擬一樣。”物理學(xué)家 Chong Zu 說(shuō)美國(guó)華盛頓大學(xué)?！拔覀冸x那種技術(shù)還有很長(zhǎng)的路要走。但創(chuàng)造一個(gè)時(shí)間準(zhǔn)晶體是關(guān)鍵的第一步。

時(shí)間晶體，理論預(yù)測(cè)作者：美國(guó)理論物理學(xué)家弗蘭克·維爾切克在2012之內(nèi)之前2016 年首次觀察，在構(gòu)成常規(guī)固體的圖案化原子矩陣中添加一些額外的內(nèi)容。

金剛石、石英和鹽等晶體材料采用三維原子晶格的形式，其中粒子的排列重復(fù)。你可以拿起晶格的任何部分，把它疊加到另一個(gè)部分上，它會(huì)完美匹配。

時(shí)間晶體是一種材質(zhì)，其中粒子在序列中移動(dòng)，這些序列不受任何外部推力的時(shí)間決定。粒子在能量狀態(tài)之間振蕩，其時(shí)序模式以一種可以完美疊加的方式重復(fù)，如下面的視頻所示。

相比之下，準(zhǔn)晶體是粒子形成結(jié)構(gòu)化但不重復(fù)圖案的晶體，例如Penrose 平鋪或Ammann-Beenker 平鋪.乍一看，它可能看起來(lái)像是重復(fù)的，但它的組成部分不會(huì)完美地疊加。

時(shí)間水晶已經(jīng)實(shí)驗(yàn)觀察一個(gè)次數(shù)用不同的材料.現(xiàn)在，由華盛頓大學(xué)的 Guanghui He 和哈佛大學(xué)的 Bingtian Ye 領(lǐng)導(dǎo)的物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了他們認(rèn)為是第一個(gè)準(zhǔn)晶體。振蕩粒子的時(shí)間模式具有結(jié)構(gòu)，但不會(huì)重復(fù)。

“這是一個(gè)全新的物質(zhì)階段，”祖 說(shuō).

創(chuàng)建時(shí)間水晶的一種方法是將一些碳原子從金剛石的晶格中敲出，產(chǎn)生所謂的氮空缺中心，它是一個(gè)相鄰的氮原子和一個(gè)空空間。這是研究人員用來(lái)創(chuàng)造和研究時(shí)間準(zhǔn)晶體特性的技術(shù)。

他們使用氮?dú)饧す馄?/a>將一堆碳原子敲松成一毫米寬的金剛石塊，給電子一些肘部空間，讓他們?cè)谙噜忞娮拥牧孔佑绊懴码S著微波脈沖的節(jié)拍跳舞。

以非重復(fù)模式構(gòu)建微波的節(jié)奏導(dǎo)致振蕩粒子出現(xiàn)類似但獨(dú)立的行為，這符合時(shí)間晶體的標(biāo)準(zhǔn)。

“我們使用微波脈沖來(lái)啟動(dòng)準(zhǔn)晶體時(shí)間的節(jié)奏，”葉 說(shuō).“微波爐有助于及時(shí)創(chuàng)造秩序?！?/p>

研究人員在時(shí)間準(zhǔn)晶體分解之前觀察了這種舞蹈數(shù)百次，就像時(shí)間晶體慣常做的那樣：它們非常敏感，容易受到外部干擾。

“我們相信我們是第一個(gè)創(chuàng)造真實(shí)時(shí)間準(zhǔn)晶體的團(tuán)隊(duì)，”他說(shuō).

這些結(jié)果提供了新的見(jiàn)解，可以幫助我們更好地了解量子領(lǐng)域以及時(shí)間晶體本身。也有潛在的實(shí)際應(yīng)用，例如在計(jì)量學(xué)或測(cè)量方面。有一天，時(shí)間晶體可以幫助測(cè)量時(shí)間。

它們還可用于量子傳感器和量子計(jì)算（當(dāng)然）。這可能還有很長(zhǎng)的路要走;但只有通過(guò)穿越時(shí)間的步驟才能完成旅程。

該研究已發(fā)表在物理評(píng)論 X.

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