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芬蘭阿爾托大學(xué)應(yīng)用物理系研究團(tuán)隊(duì)首次將時(shí)間晶體與外部系統(tǒng)穩(wěn)定耦合，使其成為一種光機(jī)械系統(tǒng)。這一成果為開發(fā)超高精度傳感器和量子計(jì)算機(jī)記憶單元提供了新思路。相關(guān)論文發(fā)表于新一期《自然·通訊》雜志。

晶體因其高度規(guī)則的原子結(jié)構(gòu)而呈現(xiàn)出彩虹般的光澤。2012年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主弗蘭克·維爾切克提出，量子系統(tǒng)能以同樣的方式自我構(gòu)建，只不過是在時(shí)間而非空間中。他將這類系統(tǒng)命名為時(shí)間晶體，并以其最低的可能能量狀態(tài)來定義它們，這種狀態(tài)無需外部能量輸入就能不斷重復(fù)運(yùn)動(dòng)。2016年，科學(xué)家首次在實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證了時(shí)間晶體的存在。

此次研究的重大突破在于，將時(shí)間晶體與外部系統(tǒng)耦合。以往時(shí)間晶體一旦受到外部能量或觀測影響，其“永動(dòng)”特性就會被破壞，因此從未能穩(wěn)定連接其他系統(tǒng)。而團(tuán)隊(duì)此次通過精確設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了時(shí)間晶體與機(jī)械振蕩器的穩(wěn)定耦合，并首次展示了通過這種方式調(diào)控時(shí)間晶體性質(zhì)的可能性。

在實(shí)驗(yàn)中，團(tuán)隊(duì)使用無線電波將磁振子注入接近絕對零度的氦-3超流體中。磁振子是一種由多粒子集體表現(xiàn)出的“準(zhǔn)粒子”。當(dāng)無線電波泵浦停止后，磁振子自發(fā)形成時(shí)間晶體，并以此前未見的穩(wěn)定性持續(xù)運(yùn)動(dòng)，最長可維持108個(gè)周期，約數(shù)分鐘，隨后逐漸衰減至不可觀測。

在衰減過程中，時(shí)間晶體與鄰近的機(jī)械振蕩器發(fā)生了耦合，其相互作用由振蕩器的頻率和振幅決定。研究顯示，這一過程與物理學(xué)中廣泛應(yīng)用的光機(jī)械效應(yīng)完全類似。這類效應(yīng)正是美國激光干涉引力波天文臺用于探測引力波的關(guān)鍵原理。通過降低能量損耗并提高振蕩器頻率，他們的系統(tǒng)有望逼近量子極限。

團(tuán)隊(duì)表示，時(shí)間晶體可作為量子計(jì)算機(jī)記憶核心，提高穩(wěn)定性和運(yùn)算效率。同時(shí)，它們還可用作高靈敏度測量儀器的頻率參考源，為未來量子傳感和計(jì)算提供新工具。