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科学家最近用量子电脑模拟运行了一个时间晶体 , 是至今为止世界上规模最大的一个 , 展示了量子电脑在模拟复杂理论方面的强大能力 。
什么叫做用量子电脑模拟时间晶体?没错 , 两者都是很抽象的物体 。 确切地说 , 它们都是量子力学范畴的物体 。 就像这个物质空间的一切物质都需要用这个空间的工具去制造一样 , 科学家现在需要用量子世界的工具制造量子世界的物体 。
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电脑是使用量子力学规律建造的电脑 。 量子力学描述的是电子这一层级物质世界的规律 。 在这一层级的微观世界中 , 如果你能看到它的实际情况 , 会发现观测结果往往和它们的实际活动不一致 。 这种概念就像著名的薛定谔猫的思想实验描述的那样 , 盒子里面的猫在某一个时间点有它确定的生死状态 , 但是没有打开盒子之前 , 你都无法知道 。
时间晶体也是量子力学世界中的一种物体 。 早在十年前 , 理论物理学家弗兰克·威尔切克(FrankWilczek)构想了时间晶体的概念 , 认为存在一种物质 , 里面的粒子所处的状态在按照一定时间规律变换和重复 。 通常所谓的晶体 , 就是里面的原子按照特定规律重复排布的物质 , 像盐、雪花等物体 , 可以理解为内部的结构在空间上重复相同的规律 。 时间晶体里面也有特定重复的结构 , 但是它按照一定的时间规律重复 , 可以理解为内部的结构在时间上重复相同的规律 , 所以被称为时间晶体 。
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理论上说 , 这种物质又可以有很多不同的具体形式 , 比如内部的原子可以不停歇地振动、自旋 , 或先朝一个方向运动 , 之后朝另一个方向运动 , 但是这可以在不需要耗费能量的情况下进行 , 展现一种永动的神奇状态 。 这打破了热力学认知 。
但是这没关系 , 现在人们能够接受的、打破常规认知的物体越来越多 。 比如超导体就是常听说的一种违背常规认知的物体 。 超导体在极低温或极高压的情况下 , 将出现电阻为零的模式 。 超导体也是量子力学世界内的物体 。
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威尔切克在2012年提出时间晶体这种物质的概念后 , 直到2016年 , 一组科学家才设计出第一个构建时间晶体的蓝图 , 设计出其中一种形式的时间晶体 。
当时 , 科学家发现 , 可以用量子比特模拟时间晶体的存在形态 。 比特是现代电脑的基础信息单位 , 只有0和1两种状态;而量子比特就是量子电脑的基础信息单位 , 除了0和1 , 还有量子的叠加态 。 当时 , 科学家用20个量子比特的芯片模拟了他们设计的时间晶体 。
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月2日发表于《科学》(Science)子刊《科学进展》(ScienceAdvances)上的一份研究 , 利用57个量子比特模拟了一个时间晶体 , 是之前模拟规模的近三倍 。
具体地说 , 澳大利亚墨尔本大学(UniversityofMelbourne)的几位物理学家连线控制位于美国的一个IBM量子电脑 , 构建了这个时间晶体系统 , 能够展现无需能量 , 按照时间周期重复某种循环的状态 。
【量子电脑模拟出世界上最大时间晶体】研究者表示 , 这项实验展示了时间晶体令人兴奋的研究前景 , 特别是作为量子电脑存储器方面的应用 。 不过还有很多工作要做 。 这个系统目前最多只能完成50次循环 。
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