科技日报记者 张佳欣
芬兰阿尔托大学应用物理系研究团队首次将时间晶体与外部系统稳定耦合，使其成为一种光机械系统。这一成果为开发超高精度传感器和量子计算机记忆单元提供了新思路。相关论文发表于新一期《自然·通讯》杂志。
晶体因其高度规则的原子结构而呈现出彩虹般的光泽。2012年诺贝尔物理学奖得主弗兰克·维尔切克提出，量子系统能以同样的方式自我构建，只不过是在时间而非空间中。他将这类系统命名为时间晶体，并以其最低的可能能量状态来定义它们，这种状态无需外部能量输入就能不断重复运动。2016年，科学家首次在实验中验证了时间晶体的存在。
此次研究的重大突破在于，将时间晶体与外部系统耦合。以往时间晶体一旦受到外部能量或观测影响，其“永动”特性就会被破坏，因此从未能稳定连接其他系统。而团队此次通过精确设计，实现了时间晶体与机械振荡器的稳定耦合，并首次展示了通过这种方式调控时间晶体性质的可能性。
在实验中，团队使用无线电波将磁振子注入接近绝对零度的氦-3超流体中。磁振子是一种由多粒子集体表现出的“准粒子”。当无线电波泵浦停止后，磁振子自发形成时间晶体，并以此前未见的稳定性持续运动，最长可维持108个周期，约数分钟，随后逐渐衰减至不可观测。
在衰减过程中，时间晶体与邻近的机械振荡器发生了耦合，其相互作用由振荡器的频率和振幅决定。研究显示，这一过程与物理学中广泛应用的光机械效应完全类似。这类效应正是美国激光干涉引力波天文台用于探测引力波的关键原理。通过降低能量损耗并提高振荡器频率，他们的系统有望逼近量子极限。
团队表示，时间晶体可作为量子计算机记忆核心，提高稳定性和运算效率。同时，它们还可用作高灵敏度测量仪器的频率参考源，为未来量子传感和计算提供新工具。
