加州大学伯克利分校的物理学家Norman Yao在五年前首次描述了如何制造时间晶体，这是一种新的物质形式，其模式在时间而不是空间中重复。然而，与祖母绿或红宝石晶体不同的是，这些时间晶体只能存在几分之一秒。

但时间晶体的时代已经到来。自从Yao最初的提议以来，新的见解已导致发现时间晶体有许多不同的形式，每一种都通过自己独特的机制而稳定下来。

通过利用新的量子计算架构，有几个实验室已经接近创建时间晶体的多体局部化版本，这种晶体利用无序使周期性驱动的量子比特处于亚谐波振荡的连续状态。量子比特只在每隔一个驱动周期振荡一次。

在上周发表于《科学》杂志上的一篇论文中，Yao和QuTech的研究员报告了一种多体局部离散时间晶体的产生，这种晶体持续了大约8秒，对应800个振荡周期。他们使用了基于钻石NV色心的量子计算机，其中量子比特(也称量子位，数字计算机中二进制位的量子模拟)是嵌入在钻石内的碳13原子的核自旋。

QuTech的Joe Randall说：“虽然一个完美隔离的时间晶体原则上可以永远存在，但任何真正的实验实施起来都会由于与环境发生相互作用而衰减。进一步延长使用寿命是下一个前沿领域。”

该结果于今年夏天首次发布在arXiv上，来自谷歌、斯坦福大学和普林斯顿大学的研究人员使用谷歌的超导量子计算机 Sycamore几乎同时在实验中复制了这一结果。他们的演示使用了20个由超导铝带制成的量子比特，持续了大约十分之八秒。Google和QuTech的时间晶体都被称为物质的Floquet相，它是一种非平衡材料。

QuTech首席研究员Tim Taminiau表示：“多项实验性突破同时发生，这非常令人兴奋。所有这些不同的平台相互补充。谷歌实验使用了两倍多的量子比特，而我们的时间晶体寿命大约长了10倍。”Qutech的团队以正确的方式操纵了9个碳13量子比特，以满足形成多体局部时间晶体的标准。

加州大学伯克利分校物理学副教授Yao说：“时间晶体可能是物质非平衡相的最简单例子。QuTech的系统完全准备好了去探索其他失衡现象，例如Floquet拓扑相。”

这些结果紧跟着几个月前在《科学》杂志上发表的另一篇时间晶体的报道，那篇报道也涉及到姚的团队。在那里，研究人员观察到了一种所谓的“预热”时间晶体，其中的亚谐波振荡通过高频驱动得以稳定。这些实验是在马里兰大学的门罗实验室中进行的，他们使用一维原子离子链，该系统与五年前观察到时间晶体动力学第一个特征的系统相同。有趣的是，与代表先天量子Floquet相的多体局域时间晶体不同，预热时间晶体可以作为物质的量子相或经典相存在。

仍然有许多悬而未决的问题存在。时间晶体有实际的应用吗？耗散可以帮助延长时间晶体的寿命吗？更一般地是，如何以及何时驱动量子系统达到平衡？QuTech的该研究结果表明，固体中的自旋缺陷是一个灵活的平台，可用于实验研究统计物理学中这些重要的开放性问题。

加州大学伯克利分校的研究生Francisco Machado说：“将自旋与环境隔离开来，同时仍然能够控制它们的相互作用，这为研究信息如何保存或丢失提供了绝佳的机会。很期待接下来会发生什么很有趣的事情。”（编译:Qtech）