科学探索|特殊的量子系统“时间晶体”：可以永远保持走时精准的钟特殊的量子系统“时间晶体”

北京时间3月8日消息，据国外媒体报道，提到晶体，我们可能都不陌生。比如我们常见的食盐，主要成分就是氯化钠晶体。但是，你知道什么是“时间晶体”吗？为什么研究人员需要用量子计算机来制造一个时间晶体？更进一步，究竟什么是量子计算机呢？

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研究人员在量子计算机中创造出了一种全新物态——时间晶体

比特和量子比特

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传统的比特可以取0或1的值，但量子比特可以取介于两者之间的一系列复值。

让我们从日常工作所用的计算机开始。我们身边到处都是计算机，有些是台式机，有些是便携式的笔记本，还有一些计算机则可以填满整个房间，用于模拟复杂的现象，如天气变化或宇宙演变。
无论计算机的设计样式如何，它们在基础层面上都有一个共同的目的：处理信息。这些信息的最小单位是“比特”（bit）——由binary digit（二进制数位）混合而成。计算机以比特的形式对信息进行存储和处理。
任何具有两个可识别的不同状态（称为“0”和“1”）的物理系统都可以作为1个比特。用适当的方式将许多比特联系在一起，我们就可以进行数据演算和逻辑运算，即通常所说的“计算”（computation）。
现在，科学家已经证实，物理世界在非常基础的层面上是由量子物理的奇怪规则所支配的。我们可以制造出比特的量子版本，称为“量子比特”（qubit）。量子比特也可以用“0”和“1”两种状态来描述，但它们可以同时是“0”和“1” 。这使得信息处理的形式更加丰富，计算机也因此变得更加强大。
我们能用量子计算机做什么？
目前量子计算领域的大部分研究主要集中在两个方面，一是建造一个可运行的量子计算机，这的确是相当有挑战性的工程任务；二是集中在算法的设计上，用来实现当前经典计算机无法完成的任务。
也有一些研究者，比如澳大利亚墨尔本大学的凝聚态物理学家斯蒂芬·雷切尔等，则专注于美国著名物理学家理查德·费曼在30多年前首次提出的一种应用：利用量子计算机进行基础物理学研究。
理论物理学家通常使用纸笔数学运算和计算机模拟相结合的方法来研究物理系统。遗憾的是，传统计算机在模拟量子物理方面能做的工作十分有限。于是，量子计算机的开发便有了必要性。量子计算机使用量子算法来进行数据操作，“已经是量子的了”，本质上它们的行为与物理学家想要研究的任何量子系统是一样的。
利用IBM的量子计算机，斯蒂芬·雷切尔等研究者实现了他们的设想。他们将量子计算机变成一个实验模拟器，创造出了一种新的物质状态，正如费曼所设想的那样。这台机器位于美国，但可以被全球的研究人员远程访问。
能够在世界任何地方访问量子计算机，这本身就代表了这类量子研究的重大转变。
时间晶体

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在传统晶体中，粒子在空间中有规律地排列；而在时间晶体中，粒子还可以按时间规律地排列。

斯蒂芬·雷切尔等人创造的这种特殊类型的量子系统被称为“时间晶体” 。要理解这种奇特的晶体，关键在于理解物质以不同的“相”存在；例如，水具有3种常见的相：冰、水和水蒸气。一种材料可以有非常不同的性质，取决于我们发现它时处于哪个相。