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探索發展對量子系統中時間晶體行為的理解已經採取了一個新的，令人興奮的轉折。來自冰島埃克塞特大學和聖彼得堡ITMO大學的物理專家透露：封閉量子系統中存在真正的時間晶體是可能的。與迄今為止被認為是非平衡開放量子系統的其他研究不同，在這些系統中，驅動的存在會導致時間周期振蕩，研究人員在理論上發現了一個時間相關性存在無限長時間的量子系統，這項研究作為編輯的建議發表在《物理評論快報》上。
這項研究可能為開發新的、令人興奮的應用鋪平道路，例如一種新型原子鐘。時間晶體(TC)的概念最早是由受人尊敬的諾貝爾物理學獎得主弗蘭克·威爾塞克(Frank Wilczek)在2012年提出。建立時間晶體作為物質新階段的中心作用，對應於時間平移對稱性的打破。在日常生活中，我們被固體包圍著，在固體中，原子和分子沿著空間坐標形成一個周期性的結構。與普通晶體（如鑽石）由原子在空間中規則排列所定義的性質不同，時間晶體相反顯示出在時間上重複的不斷變化行為模式。
然而，在保持平衡的完美隔離量子系統中，時間平移對稱性打破的可能性被證明是非常困難的。值得注意的是，Haruki Watanabe和Masaki Oshikawa證明的定理指出，時間晶體的量子版本是不可能的，除非：在真正的量子系統中存在高度非局域相互作用，或者2考慮驅動系統。特別是，利用第二個漏洞，科學家在近幾年已經表明，不同的時間晶體變體（最明顯的是離散或Floquet時間晶體）是可能產生的。問題是：時間晶體的原始概念能實現嗎？就這樣留在空中？
在這項新研究中，由埃克塞特大學OleksandrKyriienko領導的研究小組表明：有可能「繞過」量子時間晶體存在的禁止定理，並且真正的時間晶體秩序確實是可能的。關鍵成分對應於找到哈密頓量（一種描述量子系統能量的算符）完全滿足Watanabe和Oshikawa提出的時間晶體行為條件。研究小組發現，打破時間平移對稱性的系統必然具有多粒子相互作用（所謂的「弦」），其中至少有一半的粒子同時相互作用。由於對應於薛丁格貓態兩個最大糾纏態之間的耦合，關聯的基態關聯函數顯示出永久振蕩。
這些發現可以幫助科學家進一步理解物質凝聚態是如何表現的，並為動力學秩序的物理學提供線索。作為打破連續時間平移對稱性的第一步，這項研究吸引了科學家們對其他可能量子系統的關注，在這些系統中，長程相互作用可能會產生有價值的動力學。Oleksandr Kyriienko表示：現在我們知道，時間平移對稱性可以被高度非局部相互作用打破，我們能否改進這一點，並擁有具有減少相互作用的實際有用系統，其中相關性可以無限次存在？還不確定，但我們渴望找到答案。
博科園｜研究/來自：埃克塞特大學參考期刊《物理評論快報》DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.210602博科園｜科學、科技、科研、科普關注【博科園】看更多大美宇宙科學