谷歌宣布：可能创造了突破物理学的“时间水晶”

北京时间 8 月 6 日消息，外媒报道称，谷歌量子计算部门的研究人员发表了一项研究称使用该公司的 Sycamore 量子计算机创建了对抗物理的“时间晶体”。

图片来源：Google

如果这一研究结果属实，将打破热力学第二定律，但时间晶体似乎并没有对熵发出警告，现在谷歌说它不仅看到了它的作用，而且产生它的过程是可扩展的，其影响可能是巨大的。不仅可以证明时间晶体是真实的，而且它们实际上可能会被用于一些实际的现实世界。

据悉，时间晶体既稳定又不断变化，可定义的状态以可预测的间隔重复，而不会分解为完全随机的状态。

不用太纠结于量子位（可以代表 1 和 0 的亚原子粒子，是量子计算的基础）的上旋和下旋。谷歌声称所做的基本上是一个跳棋一边是红色的棋子，另一边是黑色的棋子，并比喻性地击打桌子，以完美地切换两侧而不消耗任何能量。

时间晶体的概念首先由诺贝尔物理学奖得主弗朗克・韦尔切克于 2012 年提出。相对于寻常晶体在空间上呈周期性重复，时间晶体则在时间上呈周期性重复而呈现永动状态。时间晶体在时间平移对称上具有自发对称破缺现象。时间晶体也与零点能量和动态卡西米尔效应有关。

2016 年，姚颖（英语：Norman Y. Yao）与加州大学柏克莱分校物理系的同僚提出在实验室建构时间晶体的蓝图；随后此蓝图经两组人马采用，包括马里兰大学的 Christopher Monroe 以及哈佛大学的 Mikhail Lukin，两团队皆成功创造出时间晶体，实验成果于 2017 年 3 月发表在《自然》期刊。[2][3]

常规晶体是一个三维物体，它们的内部原子按照有规则的顺序重复排列而构成。时间晶体是一种四维以上晶体，在时空中拥有一种周期性结构。一个时间晶体能自发破坏时间平移的对称性，做空间的非平移运动，时间晶体的构成以‘空间’非定域的粒子交叉存在做相互关联运动，是能效粒子的‘额外维’超出‘定域空间’的能动量，时间晶体的存在同样揭示了‘超额外维度’的存在意义。

它可以随着时间改变，但是会持续回到它开始时的相同形态，就如一个钟的移动的指针周期性的回到它的原始位置。与普通的钟或者其他周期性的过程不同的是，时间晶体和空间晶体一样会是最低限度的能量的一种状态。可以将它看作是一只可以永远保持走时精确无误的钟，即便是在宇宙达到热寂之后也是如此。

1、时间晶体的运动应该不消耗任何能量，相反，它应该处于一种稳定的最小能量状态，就像钻石和其他传统的晶体一样。即使这样，它仍然是处于一种永动状态。

2、时间晶体并不违背能量守恒定律。通常情况下，所谓的永动机肯定不会长久，因为它们并不是处于一种基态，它们的能量会随着运动而消耗，最终能量会消耗殆尽。在时间晶体中，能量是守恒的，因为没有任何能量被移走。在这些物体中，但是物体中原子的运动速率并非为零。

热力学第二定律可以导出宇宙“热寂”的命运，这是一种可能的理论。而即使我们的宇宙真的达到了热寂状态，它也并不意味着计算的终结。一种被称作“时间晶体”的特殊装置在理论上将可以继续被作为计算机使用，即便是在宇宙达到热寂状态之后也是如此。最近，科学家们给出了设计这种特殊装置的最新蓝图，从而让这一前景又向前迈进了一步。

常规晶体是一个三维物体，它们的内部原子按照有规则的顺序重复排列而构成，比如我们每天吃的食盐。之所以晶体会采用这一规则的方式，是因为这样做可以让其内能达到最低。今年早些时候，美国麻省理工学院的理论物理学家弗兰克・维尔泽克 (Frank Wilczek) 指出，在更高的维度上，比如作为第四维的时间，同样可以存在这种重复排列的结构模式。

为了将常规的三维晶体空间对称性转换至四维空间，这样一个“时间晶体”中的原子必须不断旋转并不断归位。尤为关键的是，它们还都必须处于各自的最低能量状态。这就意味着即便在宇宙熵已经达到最大值，并最终冷却达到均一温度 (即所谓的“热寂”状态)，这种旋转还将自然地持续下去。

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