时间晶体是一种独特且奇异的物质相，它由美国物理学家Frank Wilczek在2012年首次预测。时间晶体是传统空间晶体的时间类似物，因为两者都基于以重复模式为特征的结构。

时间晶体不像空间晶体那样会在三维空间中形成重复的模式，而是以固定模式随时间发生变化为特征。虽然一些研究团队已经能够实现这些奇异的物质相，但到目前为止，这些实现只能使用封闭系统来实现。这就提出了一个问题，即在存在耗散和退相干的情况下，时间晶体是否也可以在开放系统中实现。

汉堡大学激光物理研究所的研究人员最近首次在开放量子系统中实现了时间晶体。他们的论文发表在《物理评论快报》上，这可能对研究量子系统中物质的奇异相具有重要意义。

进行这项研究的研究人员之一Hans Keßler说：“我们研究的主要目标是研究物质的动力学相，它们的特性以如何有序的方式随时间变化而闻名。在我的博士研究期间，我和我的同事研究了从均匀波色爱因斯坦凝聚态(BEC)到自序超辐射相的相变，我们正在研究系统如何对从一种稳态到另一种稳态的淬火过程做出反应。”

由于没有任何物理态是天生稳定的，Keßler和他同事之前进行的研究的下一步计划是研究物质的动力学相。这些本质上是材料随时间改变其特性的过渡。研究人员最近研究的主要目标是在实验室环境中实现耗散时间晶体。为此，他们使用了与窄带光学腔强耦合的量子多体系统。

Keßler解释说：“对于我们的实验至关重要的是，谐振器内部的光场和多体系统的密度在同一基础上演化，这分别由腔带宽和对应于单个光子反冲的频率给出。这种情况在我们的原子腔系统中是独一无二的，并为研究物质的动态相开辟了可能性。”

由于真实的物理系统永远不会与周围环境完全隔离，因此它们很容易耗散(即能量损失或浪费)。这使得在任意时间长度内实现真正封闭的量子系统变得困难或不可能。这就是最终激发Keßler和他的同事们尝试在开放量子系统中实现时间晶体的原因。

Keßler说：“到目前为止，在不同群体中展示的时间晶体需要与环境小心的隔离，因为耗散会‘融化’这些时间晶体。在我们的原子腔装置中，时间晶体的独特之处在于它在防止耗散方面有积极的作用，因为它有助于稳定系统的动力学。因此，在开放系统中演示时间晶体顺序是我们研究中最重要的成就。”

这组研究人员最近的研究提供了强有力的证据，他们表明离散时间晶体可以存在于驱动和开放的原子腔系统中。Keßler和他的同事现在正试图使用​​他们最近工作中使用的相同原子-腔系统来实现连续时间晶体。

这种连续耗散时间晶体与他们最近研究实现的离散耗散时间晶体之间的主要区别在于，前者即使在没有时间周期驱动的情况下也会振荡。由于这种振荡，他们正在研究的新晶体自发地打破了连续的时间平移对称性。

Keßler补充道：“正如我们在最近论文概述里所提出的那样，我们的原子-腔系统将切换到以某些固有频率周期性振荡为特征的物质状态。这种时间晶体中振荡的相对相位预计取0到2pi之间的任何值。这与离散时间晶体非常不同，它其中相对相位只能是0或pi。在某种程度上，连续的时间晶体更接近于固体晶体，因为它们都打破了连续对称性。”（编译:Qtech）