谷歌在量子计算机中创造了世界上第一个时间晶体

尤里卡！一个由数十名科学家组成的研究团队与谷歌的量子计算实验室合作，可能已经在量子计算机中创造了世界上第一个时间晶体。这是一种让我想跳起来跳快乐舞的消息。这些科学家可能已经产生了一个全新的物质阶段。我将尽力解释这意味着什么，以及为什么我个人认为这是我们一生中最重要的科学突破。但是，为了清楚起见，我首先需要说明两点：Google 团队可能已经创建了时间晶体。这是预印本研究，尚未接受完整的同行评审。在其他科学界有时间审查和复制这项工作之前，我们不能肯定地说它是合法的。时间晶体是物质的新相。为简单起见，让我们想象一个冰块。当您将一块冰块放入一杯水中时，您将在两个不同温度下相互引入两个独立的实体（冰块和液态水）。

每个人都知道水会变冷（这就是我们将冰放在那里的原因），随着时间的推移，冰会变暖并变成水。最终，您将只喝一杯室温水。大多数人都熟悉牛顿第一运动定律，它说“静止的物体趋于静止，运动的物体趋于运动”。这个物理定律的一个重要副作用是，它意味着永动机在经典上是不可能的。根据经典物理学，宇宙总是朝着熵的方向运动。换句话说：如果我们将一块冰块和一杯常温的水与所有其他外力隔离开来，水总是会融化冰块。如果没有过程，任何系统的熵（朝向变化的运动）将始终保持不变，如果有过程，它总是会增加。由于我们的宇宙有恒星爆炸、黑洞吸吮、人们着火——化学过程——熵总是在增加。除了时间晶体。时间晶体不在乎牛顿或其他任何人的想法。他们是违法者和心悦诚服的人。从理论上讲，即使在过程中使用它们，它们也可以保持熵。

想想你熟悉的水晶，比如雪花。雪花不仅美丽，因为每一个都是独一无二的，它们也是迷人的形态，几乎打破了物理定律本身。晶体结构在物理世界中形成，因为无论出于何种基本科学原因，其中的原子“想要”存在于某些确切的点上。当我们谈论原子时，“想要”是一个非常奇怪的词——我当然不是在暗示它们是有知觉的——但很难用“为什么”这样的抽象来描述晶体结构的趋势。时间晶体是物质的一个新阶段，简化后就像雪花在两种不同的配置之间不断来回循环。前一刻是七角格子，下一刻是十角格子，或者其他什么。时间晶体的惊人之处在于，当它们在两种不同的配置之间来回循环时，它们不会损失或使用任何能量。时间晶体可以在能量过程中幸存下来，而不会成为熵的牺牲品。他们被称为时间水晶的原因是因为他们可以吃蛋糕也可以吃。他们可以处于吃掉整个蛋糕的状态，然后又回到仍然吃蛋糕的状态——理论上，他们可以永远这样做。

最重要的是，他们可以在一个孤立的系统内完成这项工作。这意味着他们可以吃掉蛋糕，然后神奇地让它一次又一次地永远重新出现，而无需使用任何燃料或能量。从字面上看，每个人都应该关心。正如我在 2018 年写的那样，时间晶体可能是量子计算的奇迹。几乎每个人类可以想象的未来科技，从隐形传送到曲速驱动器，从人工食物合成器到能够在不燃烧燃料或利用能源的情况下为世界供电的永动机，都需要量子计算系统。量子计算机可以解决非常困难的问题。不幸的是，它们很脆弱。构建它们很难，很难维护它们，很难让它们做任何事情，更难解释它们给出的结果。这是因为一种叫做“退相干”的东西，它的工作原理很像熵。量子世界中的计算机位，量子位，具有量子力学的一个时髦特征，这使得它们在被观察时的行为与单独存在时的行为不同。这使得对量子位状态的任何直接测量（读取计算机的输出）变得困难。但时间晶体想要保持一致。因此，将它们放入量子计算机中，并使用它们进行计算机处理，可能会起到非常重要的作用：确保量子相干性。不，不，不，不，不，不。不要误会我的意思。这是婴儿的步骤。这是初级研究。这是安东尼范列文虎克成为第一个使用显微镜在放大镜下观察一滴水的人。

谷歌所做的可能是证明人类可以制造时间晶体。用研究人员自己的话来说：这些结果建立了一种可扩展的方法来研究当前量子处理器上物质的非平衡相。基本上他们相信他们已经证明了这个概念，所以现在是时候看看可以用它做什么了。时间晶体一直是理论上的。 “总是”，我的意思是：自 2012 年首次假设它们以来。如果谷歌真的创造了时间晶体，它可以将量子计算突破的时间表从“可能永远不会”加速到“可能在几十年内”。在牵强的、超级乐观的事情结束时——我们可以看到在我们的有生之年创建一个工作的曲速引擎。想象一下，去火星或太阳系边缘旅行，然后及时回到地球上的家，看晚间新闻。而且，即使在保守的一端有着更现实的期望，也不难想象基于量子计算的化学和药物发现会导致普遍有效的癌症治疗。

这可能是我们一直在等待的大尤里卡。我迫不及待地想看看同行评审会发生什么。如果你想了解更多，你可以在这里阅读谷歌的论文。如果您正在寻找对研究人员在实验室完成的科学细节的技术深入研究，那么 Natalie Wolchover 在 Quanta 杂志上的这篇文章就是蜜蜂的膝盖。