淄博做网站优化公司,淘宝客网站用什么软件做,南昌建网站单位,辽宁省住房和城乡建设部网站主页来源#xff1a;机器之心没有能量的供给#xff0c;没有能量的消耗#xff0c;它的循环运动会永远持续下去。时间晶体就像是一个「永动机」在不同状态之间永久循环往复而不消耗任何能量。来自斯坦福大学、谷歌、马克思 普朗克复杂系统物理研究所和牛津大学的研究团队声称已… 来源机器之心没有能量的供给没有能量的消耗它的循环运动会永远持续下去。时间晶体就像是一个「永动机」在不同状态之间永久循环往复而不消耗任何能量。来自斯坦福大学、谷歌、马克思 · 普朗克复杂系统物理研究所和牛津大学的研究团队声称已经在量子计算机中构建了这种全新的物相。这可能是近几十年来最为重大的一次物理发现。11月30日顶尖学术期刊《自然》杂志提前发表时间晶体重要研究《Time-Crystalline Eigenstate Order on a Quantum Processor》展示了谷歌Quantum AI团队通过量子计算机获得的发现论文链接https://www.nature.com/articles/s41586-021-04257-w多年来科学家们对时间晶体存在的可能性进行了理论分析并一直试图观察到时间晶体。通过谷歌的量子处理器Sycamore我们现在终于知道这是可能的。「我们使用未来量子计算机的原形将之视为复杂量子系统」斯坦福大学博士后论文共同作者Matteo Ippoliti说道。「我们不是在计算而是将计算机作为一个新的实验平台来实现和检测物质的新阶段。」对于研究团队来说新研究的成功不仅仅是意味着创造新的物相还在于开辟了探索凝聚态物理领域新机制的机会在这一层面上粒子的相互作用可能带来新现象和特性。大量粒子的交互可能比单个对象的属性丰富得多。「时间晶体是物质的新型非平衡量子相的一个突出例子」斯坦福大学物理助理教授论文作者之一Vedika Khemani表示。「我们对凝聚态物理的大部分理解都基于平衡系统而这些新的量子设备为我们提供了一个全新窗口可以让我们了解物理学中的全新非平衡状态。」有了时间晶体我们就拥有了永动机凝聚态物理学对于大多数人来说可能有点过于高深在做出判断之前我们要先理解时间晶体到底是什么。这一概念是由诺贝尔物理学奖得主MIT教授Frank Wilczek于2012年在一堂普通的空间晶体课上提出的。2004年诺贝尔物理学奖得主、麻省理工学院教授Frank Wilczek平衡状态的液体或气体是由均匀分布的粒子构成的呈现出完美的空间对称性——它们看起来每个地方每个方向上都一样。在能量极低位置时大多数物质不能保持对称性而会结晶。晶体的规则几何形状缺少完整的空间对称性结构不会处处相同。因为晶体在能量非常低的时候对称性减少了。此时物理学家会说这些晶体出现自发对称性破坏。时间晶体能自发打破被Wilczek称为「对称性之母」的时间平移对称性它可以随着时间改变但是会持续回到开始时的相同形态如同钟表的指针周期性地回到原始位置。与钟表或者其他周期性的过程不同的是时间水晶和空间水晶一样是最低限度能量的一种状态。这似乎是一个矛盾——时间水晶根据定义为破坏时间平移对称性必须随着时间改变。但是拥有最低能量的体系通常不能运动。如果它可以动那么就有额外能量输出直到这个体系达到真正的最低能量即静止状态。研究人员制作这种物质的方式就像培养果蝇并给与其正确的刺激。物理学中的果蝇是Ising模型这是一种用于理解各种物理现象包括相变和磁性的长期工具它由一个晶格组成其中每个位置都被一个粒子占据该粒子可以处于两种状态表示为自旋向上或下降。在博士研究生期间Khemani和她当时还在普林斯顿大学的博士生导师Shivaji Sondhi以及马克斯 · 普朗克复杂系统物理研究所的Achilleas Lazarides和Roderich Moessner无意中发现了这种制造时间晶体的方法。当时他们正在研究非平衡多体局域系统——粒子在它们开始的状态下会「卡住」并且永远不能转换至平衡状态的系统。他们试图探索物相在被激光定期击中时可能会发展的情况。出乎预料的是他们不仅设法找到了稳定的非平衡相而且还发现粒子的自旋在永远重复的模式之间翻转其周期是激光驱动周期的两倍从而形成了时间晶体。激光的周期性冲击为晶体的动态建立了特定节奏。通常旋转的「舞蹈」应该与这种节奏同步但在时间晶体中则不然。与之相反的是自旋在两种状态之间翻转只有在被激光击中两次后才能完成一个循环。这意味着系统的「时间平移对称性」被打破。对称性在物理学中扮演着重要的角色它经常被打破——这是解释规则晶体、磁铁和许多其他现象的基础。然而时间平移对称性与其他对称性不同它不能在平衡状态下被打破。周期性的冲击是一个漏洞让时间晶体成为可能。振荡周期的倍增是不寻常的但也并非前所未有。长期的振荡在量子动力学的少粒子系统中也很常见。时间晶体的独特之处在于它是一个由数以百万计的粒子组成的系统却在没有任何能量进入或泄漏的情况下具有同样的表现。「这是物质的一个完全稳定的阶段你不能微调参数或状态但你的系统仍然是量子的,」Sondhi说他是牛津大学的物理学教授也是这篇论文的合著者。「没有能量的供给没有能量的消耗它会永远持续下去包括许多强烈相互作用的粒子。」虽然这听起来可能有点像「永动机」但仔细观察就会发现时间晶体并没有打破任何物理定律。熵——系统无序程度的一种度量——会随着时间的推移保持稳定它不会减少并边际上满足热力学第二定律。在时间晶体计划的开发和量子计算机实验的实现之间许多不同团队的研究人员实现了各种近似于时间晶体的里程碑的成果。然而提供「多体定位」(使时间晶体具有无限稳定性的现象) 配方中的所有成分仍然是一个突出的挑战。对于Khemani和合作者来说在时间水晶研究上取得成功的最后一步是与谷歌量子人工智能团队合作。这个小组共同使用谷歌的Sycamore量子计算硬件利用经典计算机的量子比特编程20个「自旋」。11月《Science》刊登了另一篇关于时间晶体的文章揭示了目前人们对时间晶体的强烈兴趣。这种晶体是荷兰代尔夫特理工大学的研究人员利用钻石内部的量子比特制造出来的。量子的机遇由于量子计算机的特殊功能研究人员得以证实所声称的真正的时间晶体。虽然当前量子装置的有限尺寸和相干时间意味着他们的实验在尺寸和持续时间上是有限的时间晶体振荡只能观察几百个周期而不是无限期研究人员设计了各种方案来评估产出的稳定性其中包括向前和向后的运行模拟并缩放大小。装有谷歌Sycamore芯片的冷却系统内部「我们设法利用量子计算机的多功能性来帮助我们分析它自身的局限性,」论文的合著者之一、马普所复杂系统物理研究所主任Moessner说。「它实质上告诉了我们如何纠正自身的错误以便从有限时间的观测中确定理想时间结晶表现的机制。」理想的时间晶体的一个关键特征是它在所有状态下都会表现出无限的振荡。验证这种对于状态选择的稳健性是实验的关键挑战研究人员设计了一个协议在机器的一次运行中探测超过100万个状态的时间晶体只需要几毫秒的运行时间。这就像从多个角度观察一个物理晶体以验证它的重复结构。「我们量子处理器的一个独特之处在于它能够创造出高度复杂的量子态,」谷歌研究员、论文的第一作者之一Xiao Mi说。「这些状态能让物质的相位结构被有效地验证而无需调查整个计算空间这原本是一个难以处理的任务。」在基础水平上创造物质的新阶段无疑是令人兴奋的。此外事实表明量子计算机在计算之外的应用方面越来越可用。「有了更多的量子比特我们的方法可以成为研究非平衡态动力学的主要方法,」谷歌研究员、论文作者之一Pedram Roushan说。「我们认为目前量子计算机最令人兴奋的用途是作为基础量子物理学的平台,」Ipppoliti 说。「凭借这些系统的独特性能有希望发现一些你没有预料到的新现象。」研究者介绍Xiao Mi、Matteo Ippoliti二人均对这项研究做出了重要贡献。Xiao Mi在康奈尔大学获得学士学位在普林斯顿大学获得博士学位。他在《Nature》、《Science》主刊和子刊以及其他顶尖期刊上发表过多篇量子相关的研究。2018年7月Xiao Mi加入谷歌任研究科学家主要探索基于超导量子比特的中型量子处理器的应用。Matteo Ippoliti现为斯坦福大学物理系和Geballe先进材料实验室的博士后学者。他在意大利比萨大学获得学士和硕士学位后在普林斯顿大学获得物理学博士学位。从2015年开始Matteo Ippoliti一直从事量子物理学的研究。参考内容https://news.stanford.edu/2021/11/30/time-crystal-quantum-computer/https://blog.google/inside-google/googlers/ask-techspert-what-exactly-time-crystal/未来智能实验室的主要工作包括建立AI智能系统智商评测体系开展世界人工智能智商评测开展互联网城市大脑研究计划构建互联网城市大脑技术和企业图谱为提升企业行业与城市的智能水平服务。每日推荐范围未来科技发展趋势的学习型文章。目前线上平台已收藏上千篇精华前沿科技文章和报告。 如果您对实验室的研究感兴趣欢迎加入未来智能实验室线上平台。扫描以下二维码或点击本文左下角“阅读原文”
