谷歌华人用时间晶体解开数十年尘封谜题！永“动”机再登Nature 新智元报道编辑：好困小咸鱼

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新智元报道
编辑：好困小咸鱼
【新智元导读】2021年11月30号，时间晶体再次登上《Nature》。
时间晶体是一种神秘的物质。
理论上，它可以在不同状态之间进行重复的循环运动，而永远不会消耗能量，就像一只手表在没有电池的情况下永远运行一样。

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长久以来，科学家们一直在争先恐后地想办法创造这一物质。
2021年11月30日，谷歌量子AI的研究人员利用Sycamore量子计算机创造出的时间晶体登上《Nature》。

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经典计算机通过开关晶体管来表示数据1和0 ，而量子计算机则使用量子比特来表示。由于量子力学的性质，量子比特可以同时表示1和0的叠加状态。
基于一种被称为「纠缠」的量子效应，一台拥有300个量子比特的量子计算机理论上可以在一瞬间完成比可见宇宙中的原子数目更多的计算次数。

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在今年这项新的研究中，谷歌的研究人员便使用了20个量子比特的系统，目的倒不是为了计算，而是为了造出时间晶体。
近日， IEEE对谷歌研究科学家KostyantynKechedzhi和谷歌高级研究科学家XiaoMi进行了采访，他们分别在理论和实验方面进行了大量研究。

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本文一作XiaoMi于2012年获得康奈尔大学工程物理学学士学位，于2018年获得普林斯顿大学物理学博士学位，同年进入谷歌。
研究方向为探讨基于超导量子比特的中等规模量子处理器的近期应用。

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时间晶体=永动机？
什么是时间晶体？
KostyantynKechedzhi：
晶体是一个由许多原子组成的系统，由于相互作用，这些原子的运动在空间中具有周期性。

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而时间晶体是一个由许多粒子组成的量子系统，这些粒子自身的运动模式就具有一种周期性，只不过这种周期性存在于时间维度上而不在空间维度上，并且永久存在。
可以把时间晶体和自然界中的物体相比吗？
KostyantynKechedzhi：
持续周期运动在自然界中非常常见。
两个巨大星球因引力而相互吸引的双星系统就是最简单的例子。这两个物体按照周期轨道绕着共同的质心运动。

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乍一看，这似乎是一个时间晶体的例子。然而，时间晶体的关键之处在于它是一个由许多物体相互作用的系统的周期性运动。
相比之下，两个巨大星体绕轨道运行这种运动模式其实并不是重复的，而是不断变化的。
例如，在太阳系中，行星看似遵循近似周期性的轨迹，但行星的真实运动却非常混乱，这意味着如果今天一颗行星的运动轨迹与既定轨道「差之毫厘」，几十亿年后两者就完全是「失之千里」。

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值得一提的是，热力学第二定律假设由许多相互作用的物体组成的系统总是趋向于更无序的运动状态，这与时间晶体的严格周期性运动相矛盾。