打破經(jīng)典定律！谷歌成功研究出對抗物理的“時間晶體”

2021-08-06 14:36:03來源：鳳凰網(wǎng)科技

北京時間8月6日消息，外媒報道稱，谷歌量子計算部門的研究人員發(fā)表了一項研究稱使用該公司的Sycamore量子計算機創(chuàng)建了對抗物理的“時間晶體”。

如果這一研究結(jié)果屬實，將打破熱力學(xué)第二定律，但時間晶體似乎并沒有對熵發(fā)出警告，現(xiàn)在谷歌說它不僅看到了它的作用，而且產(chǎn)生它的過程是可擴展的，其影響可能是巨大的。不僅可以證明時間晶體是真實的，而且它們實際上可能會被用于一些實際的現(xiàn)實世界。

據(jù)悉，時間晶體既穩(wěn)定又不斷變化，可定義的狀態(tài)以可預(yù)測的間隔重復(fù)，而不會分解為完全隨機的狀態(tài)。

不用太糾結(jié)于量子位(可以代表1和0的亞原子粒子，是量子計算的基礎(chǔ))的上旋和下旋。谷歌聲稱所做的基本上是一個跳棋一邊是紅色的棋子，另一邊是黑色的棋子，并比喻性地擊打桌子，以完美地切換兩側(cè)而不消耗任何能量。

時間晶體的概念首先由諾貝爾物理學(xué)獎得主弗朗克·韋爾切克于2012年提出。相對于尋常晶體在空間上呈周期性重復(fù)，時間晶體則在時間上呈周期性重復(fù)而呈現(xiàn)永動狀態(tài)。時間晶體在時間平移對稱上具有自發(fā)對稱破缺現(xiàn)象。時間晶體也與零點能量和動態(tài)卡西米爾效應(yīng)有關(guān)。

2016年，姚穎(英語：Norman Y. Yao)與加州大學(xué)柏克萊分校物理系的同僚提出在實驗室建構(gòu)時間晶體的藍圖;隨后此藍圖經(jīng)兩組人馬采用，包括馬里蘭大學(xué)的Christopher Monroe以及哈佛大學(xué)的Mikhail Lukin，兩團隊皆成功創(chuàng)造出時間晶體，實驗成果于2017年3月發(fā)表在《自然》期刊。

常規(guī)晶體是一個三維物體，它們的內(nèi)部原子按照有規(guī)則的順序重復(fù)排列而構(gòu)成。時間晶體是一種四維以上晶體，在時空中擁有一種周期性結(jié)構(gòu)。一個時間晶體能自發(fā)破壞時間平移的對稱性，做空間的非平移運動，時間晶體的構(gòu)成以‘空間’非定域的粒子交叉存在做相互關(guān)聯(lián)運動，是能效粒子的‘額外維’超出‘定域空間’的能動量，時間晶體的存在同樣揭示了‘超額外維度’的存在意義。

它可以隨著時間改變，但是會持續(xù)回到它開始時的相同形態(tài)，就如一個鐘的移動的指針周期性的回到它的原始位置。

與普通的鐘或者其他周期性的過程不同的是，時間晶體和空間晶體一樣會是最低限度的能量的一種狀態(tài)。可以將它看作是一只可以永遠保持走時精確無誤的鐘，即便是在宇宙達到熱寂之后也是如此。

1、時間晶體的運動應(yīng)該不消耗任何能量，相反，它應(yīng)該處于一種穩(wěn)定的最小能量狀態(tài)，就像鉆石和其他傳統(tǒng)的晶體一樣。即使這樣，它仍然是處于一種永動狀態(tài)。

2、時間晶體并不違背能量守恒定律。通常情況下，所謂的永動機肯定不會長久，因為它們并不是處于一種基態(tài)，它們的能量會隨著運動而消耗，最終能量會消耗殆盡。在時間晶體中，能量是守恒的，因為沒有任何能量被移走。在這些物體中，但是物體中原子的運動速率并非為零。

熱力學(xué)第二定律可以導(dǎo)出宇宙“熱寂”的命運，這是一種可能的理論。

而即使我們的宇宙真的達到了熱寂狀態(tài)，它也并不意味著計算的終結(jié)。一種被稱作“時間晶體”的特殊裝置在理論上將可以繼續(xù)被作為計算機使用，即便是在宇宙達到熱寂狀態(tài)之后也是如此。最近，科學(xué)家們給出了設(shè)計這種特殊裝置的最新藍圖，從而讓這一前景又向前邁進了一步。

常規(guī)晶體是一個三維物體，它們的內(nèi)部原子按照有規(guī)則的順序重復(fù)排列而構(gòu)成，比如我們每天吃的食鹽。之所以晶體會采用這一規(guī)則的方式，是因為這樣做可以讓其內(nèi)能達到最低。

今年早些時候，美國麻省理工學(xué)院的理論物理學(xué)家弗蘭克·維爾澤克(Frank Wilczek)指出，在更高的維度上，比如作為第四維的時間，同樣可以存在這種重復(fù)排列的結(jié)構(gòu)模式。

為了將常規(guī)的三維晶體空間對稱性轉(zhuǎn)換至四維空間，這樣一個“時間晶體”中的原子必須不斷旋轉(zhuǎn)并不斷歸位。

尤為關(guān)鍵的是，它們還都必須處于各自的最低能量狀態(tài)。這就意味著即便在宇宙熵已經(jīng)達到最大值，并最終冷卻達到均一溫度(即所謂的“熱寂”狀態(tài))，這種旋轉(zhuǎn)還將自然地持續(xù)下去。

標(biāo)簽：谷歌物理