AllbetGmaing官网(www.aLLbetgame.us):谷歌用量子盘算机造出“时间晶体”,挑战热力学第二定律

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新智元报道

泉源:外媒

编辑:好困

【新智元导读】克日,谷歌团结几十位物理学家,用量子盘算机造出了「时间晶体」。

你能想象获得,有这样一个物体,竟然跳出了经典的热力学第二定律?

没错,这就是「时间晶体」。

然而,时间晶体自2012年首次被假设以来,「一直」都只是理论上的。

直到最近,谷歌与来自斯坦福大学、普林斯顿大学以及其他大学的物理学家团结揭晓了一份研究:「Observation of Time-Crystalline Eigenstate Order on a Quantum Processor」。

在这篇7月28日揭晓的论文中,研究职员称真正的「时间晶体」已经可以通过谷歌的量子盘算机举行考察了。

https://arxiv.org/pdf/2107.13571.pdf

这篇具有里程碑意义的论文,作者数目也高达100多人。

「时间晶体」的部门会在一个有纪律的、重复的循环中运动,在不燃烧任何能量的情形下维持这种不停转变。

同时,「时间晶体」是第一个自觉打破「时间转换对称性」的物体,即一个稳固的物体在整个时间内保持稳固的规则。

时间晶体从何而来?

时间晶体的假设最早可以追溯到2012年。

诺贝尔物理学奖得主Frank Wilczek提出:时间晶体履历周期性运动,每隔一段时间就会回到最初的形态。

同时,时间晶体不需要输入,但能一直保持周期性运动,由于这个系统处于超稳固的平衡状态。

不外遗憾的是,在2014年,加州大学伯克利分校和东京大学的研究职员证实晰这个想法是无法被实现的。

https://arxiv.org/abs/1410.2143

之后,在2015年的一篇论文中,普林斯顿大学和马克思・普朗克研究所的研究职员提出了一种新的物相结构(pi spin-glass phase),即第一个多体非平衡相。

https://arxiv.org/abs/1508.03344v1

该研究基于一种周期性驱动的Floquet系统。好比用特定频率的激光刺激晶体,其中激光的强度以及它对系统的影响强度会发生周期性的转变。

他们在盘算和模拟中发现,当用激光以一种特定的方式刺激一个局域化自旋链时,它们会往返翻转,在两个差其余多体局域化状态之间循环往复,而不会从激光中吸收任何净能量。

紧接着,在2016年,加利福尼亚大学圣巴巴拉分校和微软的研究职员凭证pi spin-glass phase提出了Floquet「时间晶体」的存在。

Floquet「时间晶体」在有外部能量源周期性驱动的情形下,可以显示出Wilczek所设想的行为。

Floquet「时间晶体」并不是处于一个热平衡状态的系统,而是一个多体的局部系统,它的自旋或其他部门无法进入平衡状态。

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不外,只管有激光或其他驱动,该系统也不会升温,而它在局部状态之间会无限地往返循环。

什么是时间晶体?

为了便于明白,我们用冰块来举个例子。

当冰块被放在水杯里时,两个自力的实体(冰块和液态水)就会以两个差其余温度相互接触。

众所周知,水会最先变凉,冰会则会热,而随着时间的推移,最终,获得的就只有一杯室温的水。

这个历程被称为「热平衡」。

所有其他已知的相,如适才说的水或冰,都处于热平衡状态。组成它们的原子会进入环境温度所允许的最低能量状态,而且它们的特征不会随时间而改变。

「时间晶体」则是第一个「非平衡」相,纵然处于引发态和演化态,它仍然有秩序和完善的稳固性。

凭证经典物理学,宇宙总是在向熵增的偏向生长。

熵增原理也可以简要地表述为,伶仃系统的熵永不减小。

凭证熵增原理,不能逆绝热历程总是向着熵增添的偏向举行的,而可逆绝热历程则总是沿着等熵线举行的。

而理论上,「时间晶体」的熵可以始终保持稳固。

那是什么意思?

晶体结构在物理天下中的形成是由于,不管出于什么基本的科学缘故原由,其中的原子「想要 」存在于某些确切的点。

「时间晶体」则是物质的一个新阶段,就像有一片雪花在两种差其余构型之间不停往返循环,这一刻是七角晶格,下一刻是十角晶格。

神奇之处在于,当「时间晶体」在两种差异构型之间往返循环时,它们不会损失或使用任何能量。

用蛋糕举个例子,「时间晶体」可以具有一个蛋糕,也可以吃完这个蛋糕;同时,「时间晶体」可以从吃完蛋糕的状态,循环到仍有蛋糕的状态。

理论上,「时间晶体」可以永远这样做。

最主要的是,「时间晶体」可以在一个伶仃的系统中做到这一点。这意味着他们可以吃下蛋糕,然后神奇地让它永远重复泛起,而不需要使用任何燃料或能量。

有什么意义?

时间晶体可能是量子盘算需要的事业。

量子盘算机被以为是可以用来解决真正难题的问题。

然而不幸的是,制作它们很难,维护它们很难,让它们做任何事情都很难,甚至更难注释它们给出的效果。

这是由于有一种叫做「退相关」的器械,它的作用很像熵。

量子盘算机由「量子比特」组成,而量子比特具有量子力学的一个有趣的特征:它们在被考察时的行为与它们在不被考察时差异。

这也就使得对量子比特状态的任何直接丈量(读取盘算机的输出)变得难题。

但「时间晶体」是延续的。因此,把「时间晶体」放在量子盘算机内,用它们来举行盘算机处置,有可能起到一个令人难以置信的主要作用:确保量子一致性。

量子盘算的问题解决了?

还没有,这只是一个小的提高。

谷歌所做的,是证实人类存在制造时间晶体的可能。

那么,为什么这云云令人兴奋呢?

若是谷歌真的缔造出了时间晶体,它可能会加速量子盘算突破的时间表,从「也许永远不会」到「也许几十年内」。

参考资料:

https://thenextweb.com/news/google-may-have-achieved-breakthrough-time-crystals

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