一直被认为是时间晶体“破坏者”的量子效应,竟然才是创造它的“幕后黑手”!

这一令人惊讶的发现,不仅为我们揭示了物质世界一种全新的奇异状态,更可能为未来量子技术和高精度测量领域带来革命性的突破。这项研究来自维也纳工业大学(TU Wien),9月11日发表在《物理评论快报》上。

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你见过水结成冰吗?无数混乱的水分子,在温度降低后,会自发排列成整齐、优美的六角形晶体。这是物质在空间上从无序走向有序。但你有没有想过,那个看不见、摸不着,却又无处不在的时间,会不会也发生类似的现象?

一个系统,在没有任何外界“节拍器”的情况下,它的行为会不会自发地在时间中形成一种永恒的、周而复始的节律?这个问题,就像是物理学殿堂里一首神秘的诗,十多年来让无数顶尖科学家为之着迷。

他们为这种奇特的物质状态取了一个无比浪漫的名字——时间晶体

起初,科学家们认为,时间晶体虽有可能,但条件极为苛刻。主流的“平均场理论”告诉我们,它只能在一些特殊的、可以忽略量子涨落的“乖宝宝”系统中存在。

毕竟,在微观世界里,量子涨落就像一群淘气的“熊孩子”,充满了随机和不确定性。它们的宿命似乎就是破坏秩序,让一切归于混沌。让它们去构建一个秩序井然的时间晶体?这就像让一群哈士奇去绣花一样,简直是天方夜谭。

然而,真理有时就藏在最不可能的地方。

就在物理学界普遍认为量子效应是时间晶体“天敌”的时候,维也纳工业大学研究人员却发现了一条没人走过的路。

通过复杂的数值模拟,他们在一个由激光束缚的粒子晶格系统中,发现了惊人的一幕。在某个特定的参数区域,平均场理论斩钉截铁地预测系统将一片死寂,最终会达到一个静止不变的稳态。

但他们的模拟结果却显示,系统不仅没有“死去”,反而“活”了过来!它开始自发地、不知疲倦地振荡,形成了一个完美的时间晶体。

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而驱动这一切的,正是之前被嫌弃的“熊孩子”——量子关联效应。

在看似均匀的混沌之下,一个全新的节律正在诞生。

这个发现彻底扭转了战局。原来量子效应不只会捣乱,它在特定条件下,还能化身最精巧的“建筑师”,用它那神秘的、超越经典物理的相互作用,搭建起时间晶体的宏伟宫殿。

更有趣的是,研究人员一口气发现了两种不同的量子时间晶体(qCTC):

第一类 (qCTC-I):像一位在风暴中屹立不倒的王者。它存在于旧理论也能预测的区域,证明了时间晶体足够“坚强”,能抵抗量子涨落的冲击。

第二类 (qCTC-II):则是一位从风暴本身中诞生的精灵。它只在旧理论预测为“静止”的区域出现,它的存在,完全归功于量子关联的创造之力。

这不再是简单的修修补补,而是对时间晶体理论根基的重塑。

这项纯理论的发现,距离我们的生活并不遥远。研究中描述的模型,可以在当前最前沿的“里德堡原子阵列”量子模拟器中进行实验验证。

科学家甚至指出,这种由量子效应催生的新型时间晶体,在振荡时产生的废热极少,让它成为一个近乎完美的、有望在未来量子计算机或超高精度原子钟中大放异彩的候选者。

宇宙的奥秘,总在不经意间向我们展露一角。时间,这个我们最熟悉又最陌生的维度,原来也藏着如此令人心跳的秘密。或许,我们脚下的每一寸土地,每一次呼吸,都与宇宙深处某个我们看不见的“量子心跳”同频共振。

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参考文献:

Felix Russo and Thomas Pohl, "Quantum Dissipative Continuous Time Crystals", Physical Review Letters, 11 September 2025, DOI: 10.1103/dc2s-94gv