2017年3月9日
时间晶体可能听起来像科幻小说,有更多的时间旅行或博士。亚博老虎机网登录这些奇怪的材料——原子和分子亚博网站下载排列在空间和时间——事实上是很真实的,并且开放全新的方式来思考问题的本质。他们最终也可能帮助保护信息在未来的设备称为量子计算机。
普林斯顿大学的研究人员提供了理论的理解,导致晶体的创建时间3月9日发表在《自然》杂志上的两组研究人员在哈佛大学和马里兰大学为基础。时间晶体特征原子和分子排列在空间、时间和开放全新的方式思考问题的本质。上面的插图解释普通晶体之间的区别(左)如钻石、石英晶体(右)或冰和时间。(来源:艾米丽爱德华兹,马里兰大学)
两组研究人员基于哈佛大学和马里兰大学的3月9日《自然》杂志上报告说,他们已经成功地创建时间晶体使用理论开发的普林斯顿大学。Harvard-based团队包括来自普林斯顿大学的科学家基本人物的理论理解,创造了这些奇异的水晶。
“我们发现时间晶体的基本物理功能,“Shivaji Sondhi说,普林斯顿大学物理学教授。“更重要的是,这一发现普林斯顿被建立在一组发展的问题我们如何理解复杂系统的平衡,这是集中重要的物理学家如何解释日常世界的本质。”
2015年,Sondhi和同事包括然后学生Vedika Khemani, 2016年在普林斯顿大学获得博士学位,现在是哈佛,初级研究员以及合作者蓍属Lazarides和Roderich Moessner马克斯普朗克研究所的复杂系统的物理在德国,发表时间晶体的理论基础——起初认为是不可能的——可以存在。发表在《物理评论快报》2016年6月,报纸引发讨论如何构建这样的晶体。
普通晶体如钻石、石英或冰是由分子自发地排列成有序的三维模式。钠和氯原子在晶体盐,例如,定期间隔,形成一个六角晶格。
然而在时间晶体,原子排列在模式不仅在空间,而且在时间。除了在太空中包含重复的模式,随着时间的推移时间晶体包含重复的模式。这可能发生的一种方法是,晶体中的原子以一定的速度移动。时间晶体冰存在,所有的水分子会以相同的频率振动。更重要的是,这些分子会这么做没有任何来自外界的输入。
时间晶体的概念起源于在麻省理工学院的物理学家弗兰克•威尔茨克称为。2012年,诺贝尔奖得主、前普林斯顿大学教员在思考空间和时间之间的相似之处。晶体物理学的说法,据说“打破空间平移对称”,因为原子组装成僵化的模式,而不是均匀地分散在液体或气体。也不应该在时间平移对称晶体吗?
“原子移动,而是朝着流体或连续方式,他们定期地移动,“Sondhi说。“这是一个有趣的想法。”It also was an idea that led to hot debates in the physics journals about whether such crystals could exist. The initial conclusion appeared to be that they could not, at least not in the settings Wilczek visualized.
Sondhi和Khemani思考一个完全不同的问题在2015年他们工作时间晶体的理论可能存在。他们探索问题关于原子和分子安定下来,或者来平衡,形成阶段的物质,如固体、液体和气体。
虽然物理学家之间的共同智慧,所有系统最终稳定下来,工作在过去的十年左右已经挑战了这一观点,特别在原子在非常低的温度下,量子物理学应用的规则。这是意识到有系统,从不去平衡因为发生现象被称为“多体的定位,”由于许多原子无序量子系统的行为是相互影响的。
工作在这个领域是一个长期的普林斯顿大学的传统。第一和开创性的概念如何本地化量子系统无序时,称为安德森局域化,源于工作由菲利普·安德森,1958年,普林斯顿大学教授、诺贝尔奖得主。这项工作于2006年扩展系统的许多原子那时普林斯顿大学教授鲍里斯•Altshuler博士后丹尼斯•Basko和哥伦比亚大学的伊戈尔Aleiner。
在休假的马克斯·普朗克物理研究所复杂系统在德国,Sondhi和Khemani意识到这些想法如何防止系统达到平衡将使晶体的创建时间。不能一次水晶系统处于平衡状态,但非平衡系统可以由周期性地戳,或“驾驶”,用激光照射晶体原子。的人员吃惊的是,他们的计算显示,定期督促原子的非平衡多体的本地化阶段会导致原子移动速度是慢一倍或两倍的时间——作为初始速率刺激。
解释,相比Sondhi驾驶的量子系统定期挤压在一块海绵。“当你释放海绵,你期望它恢复其形状。想象现在每秒钟后恢复其形状紧缩虽然每次你申请相同的力量。这是我们的系统做什么,”他说。
普林斯顿大学博士后研究员Curt冯Keyserlingk,造成额外的理论工作Khemani Sondhi,说,“我们如何解释时间晶体系统锁定的持续振荡,意味着自发时间平移对称性破缺”。Additional work by researchers at Microsoft's Station Q and the University of California-Berkeley led to further understanding of time crystals.
由于这些理论研究中,两组实验者开始试图在实验室构建时间晶体。Harvard-based团队,其中包括Khemani哈佛大学和普林斯顿大学的冯Keyserlingk,使用了一个实验装置,包括创建一个人工合成金刚石晶格。马里兰大学不同的方法使用了一个称为镱离子的带电粒子链。yabo214两支球队已经发表在本周的工作性质。
两个系统显示时间结晶行为的出现,物理学家克里斯托弗·梦露说马里兰大学的领导工作。“尽管任何申请这个工作远未来,这些实验帮助我们学习一些关于这个非常复杂的量子态的内部运作,”他说。
这项研究可能最终会导致在量子计算机如何保护信息,可由外界干扰而中断。多体的定位可以保护量子信息,根据普林斯顿大学的团队在2013年发表的研究的大卫·休斯物理学的塞勒斯·福格·布兰克特教授,以及Sondhi同事拉胡尔Nandkishore,瓦迪姆Oganesyan Arijeet朋友。这项研究还阐明了如何保护拓扑阶段的问题,研究的普林斯顿大学的f·邓肯•霍尔丹物理学的尤金·希金斯教授,分享了2016年诺贝尔物理学奖。
Sondhi说,工作地址的一些最基本问题的本质。“这是认为,如果一个系统不安定下来,来平衡,你不能真正地说它是在一个阶段。是一件大事,当你能给一个定义阶段的物质时,物质不是处于平衡状态,”他说。
这失去平衡设置使得物质的实现新的和令人兴奋的阶段,根据Khemani。“创建时间晶体使我们将一个条目添加到目录可能的订单在时空中,以前认为不可能的,”Khemani说。
普林斯顿和马克斯普朗克研究所的研究得到了美国国家科学基金会(批准号亚博老虎机网登录1311781),约翰·邓普顿基金会,亚历山大•冯•洪堡基金会和德国科学基金会的戈特弗里德威廉莱布尼兹奖项目。亚博老虎机网登录
论文“观察离散time-crystalline秩序无序偶极多体的系统”和“离散时间晶体的观察”将在3月9日发表于《自然》。
来源:http://www.princeton.edu/