去年我們曾經介紹了科學家說時間晶體可能存在。最近研究者們已經在Physical Review Letters上發表了最新的研究成果：他們終於成功的製造出了時間晶體。時間晶體並不是指時間的晶體，而是物質的一種新的形態。所謂時間晶體是指這種物質的原子結構不僅僅只在空間的層面上展開，同時也在時間的維度上重複。並且能夠處於一種無能量的震動狀態。
這個發現也許聽上去比較抽象，但是它卻預示著物理學將進入一個新的紀元。一直以來人類所研究的物質都是處於平衡態(in equilibrium)的，例如金屬與絕緣體等。但是時間晶體的製成證明了宇宙中還有其他的處於非平衡態的物質。這個發現為現代物理學的進展打開了無數的可能。這個發現可能提升我們在量子計算機方面的理解，這算是離我們生活最近的一項應用。
最早提出時間晶體這一設想的是諾獎得主Frank Wilczek，他在2012年提出了這種在基態：物質的最低能量狀態仍然能夠呈現出震動的物質。通常來說，處於基態：零能量狀態的系統無法呈現出任何運動，因為任何的運動都需要能量。但是對時間晶體卻並非如此。
通常的晶體物質，例如鑽石，在它們的基態是處於禁止的，因為它們在基態同時也是處於它們的平衡態。但是時間晶體的原子結構不僅在空間上延伸，並且在時間上也延伸。這種特質使得時間晶體處於基態時卻不處於它的平衡態，所以它能夠表現出這種零能量的震盪行為。時間晶體的發現被認為是理論與實驗實現之間的橋樑。
馬里蘭大學所製作的的時間晶體是通過採用10個鐿離子的康加線產生的，所有的離子都具有處於量子纏結態的電子自旋。如下圖：
正如上文所說，為了製造時間晶體，研究人員必須讓這組離子處於非平衡態。他們使用了兩組激光週期性的轟擊它們，一組激光製造一個磁場，另一組激光改變原子的自旋方向。由於所有原子的自旋方向都是處於糾纏態的，所以最後這組原子就進入了一個穩定的重複的自旋方向改變中。
當研究人員使鐿離子進入了這種狀態後發現，它們開始產生了自己的震動頻率，它們自身的震動頻率和激光所照射的頻率並不一致。這就表現出了時間晶體的特性。在不同的磁場和激光下，時間晶體所表現出的相也不盡相同：
哈佛大學的研究人員則使用了另外一種不同的方法來製作時間晶體，有興趣的同學可以自行閱讀。
【文章參考】 煎蛋網
【文章整理】 AICL
