近日，澳大利亞物理學家設計出迄今為止最大的時間晶體，該時間晶體由57個量子比特組成，比去年谷歌科學家模擬的20個量子比特的時間晶體大一倍多。相關研究結果3月2日發表于《科學進展》。
未參與該研究的微軟凝聚態物理學家Chetan Nayak表示，這項工作顯示了量子計算機模擬復雜系統的能力，使這些系統不只存在于物理學家的理論中。
時間晶體的概念最早出現在10年前，由諾貝爾物理學獎得主、麻省理工學院理論物理學家Frank Wilczek最先提出。Wilczek表示，時間晶體經歷周期性運動，每隔一段時間就會回到最初的形態，并能自發打破時間平移對稱性。也就是說，它可以隨著時間改變，但是會持續回到開始時的相同形態，如同鐘表的指針周期性地回到原始位置。
時間晶體是一種量子粒子系統，被鎖在一段永恒的時間循環中。
墨爾本大學理論學家Philipp Frey和Stephan Rachel使用IBM量子計算機進行遠程模擬，進行了量子比特演示。他們可以同時將量子比特設置為0和1或1和0，并通過編程使它們像磁鐵一樣相互作用。
在它們相互作用的某些設置中，研究人員發現，57個量子比特的任何初始設置都保持穩定——每兩個脈沖就會回到原始狀態。
乍一看，這一觀點似乎有點平淡無奇。畢竟，如果磁鐵沒有相互作用，脈沖也會使它們翻轉180°，并產生一樣的半頻響應。哈佛大學凝聚態理論學家Dominic Else解釋，是磁鐵之間的相互作用讓這種結構趨于穩定，使該系統成為時間晶體，并使得這個系統不受一些“缺陷”的影響，例如在脈沖不夠長的情況下，也能產生翻轉。
但是，只提高量子位相互作用的力度是不夠的。Rachel解釋，相鄰兩個量子位間的相互作用必須隨機變化。比如，如果所有“磁鐵”相互作用都一樣強，那么有一個“磁鐵”出了問題，就可能導致鏈條上的其他“磁鐵”出現翻轉錯誤。“正是這種隨機性阻止了錯誤的傳播，并穩定了時間晶體。”Rachel說。
Rachel認為，該模擬并不完美。按理說，這種翻轉模式能無限持續下去，但IBM量子計算機的量子比特大概只能讓該結構保持50次穩定循環。時間晶體最終可能被用來儲存一串量子位元的狀態，成為量子計算機的一種存儲方式，但要實現這項突破，還需要花費大量時間。(辛雨)
關鍵詞： 量子比特 最大時間晶體 量子計算機模擬復雜系統 時間晶體
營業執照公示信息