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《自然·材料》:首次发现“时间晶体”相互作用

《自然·材料》:首次发现“时间晶体”相互作用
2020-08-19 15:14:21 来源:科技日报

一个国际科研团队在最新一期《自然·材料》杂志撰文称,他们首次观察到了“时间晶体”的相互作用。最新研究有望促进量子信息处理技术的发展,改善当前的原子钟技术,提高陀螺仪以及依赖原子钟的系统(如GPS)的性能。

时间晶体是一种物质态,不同于金属或岩石等标准晶体,后者由原子以规则的重复模式排列而成。2012年,诺贝尔奖获得者弗兰克·威尔泽克首次提出了时间晶体这一概念,并于2016年确定。时间晶体显示出恒定不变的奇异特性,即使没有外部输入也能重复运动。它们的原子先在一个方向不停地振荡、旋转或移动,然后再朝一个方向运动。

在最新研究中,来自英国兰卡斯特大学、伦敦皇家霍洛威大学伦敦分校、美国耶鲁大学和芬兰阿尔托大学的国际团队使用氦-3观测了时间晶体。氦-3是氦罕见同位素,缺少一个中子。

研究人员将超流体氦-3冷却到绝对零度(零下273.15摄氏度)附近,然后在超流体内部创建了两个时间晶体,并使其接触。

科学家观察到两个时间晶体相互作用,并交换组成颗粒——这些粒子从一个时间晶体流向另一种时间晶体,然后又返回,这种现象称为约瑟夫森效应。

研究论文主要作者、英国兰卡斯特大学的萨穆利·奥蒂博士说:“控制两个时间晶体的相互作用是一项重大成就。此前,没有人在同一系统中观察到两个时间晶体,更不用说看到它们相互作用了。实现并观察到时间晶体的受控相互作用是将其用于量子信息处理等实际应用的第一步。”

奥蒂解释道,因为尽管周围环境变化,时间晶体仍会自动保持完整(相干),让相干性延续时间尽可能长是发展强大的量子计算机必须要解决的主要“拦路虎”。此外,时间晶体也可用于改善原子钟、GPS等系统的性能。

(记者:刘霞)

责任编辑:kj005

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