时间晶体研究最新突破：存在真正的“时间晶体”是可能的！

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探索发展对量子系统中时间晶体行为的理解已经采取了一个新的，令人兴奋的转折。来自冰岛埃克塞特大学和圣彼得堡ITMO大学的物理专家透露：封闭量子系统中存在真正的时间晶体是可能的。与迄今为止被认为是非平衡开放量子系统的其他研究不同，在这些系统中，驱动的存在会导致时间周期振荡，研究人员在理论上发现了一个时间相关性存在无限长时间的量子系统，这项研究作为编辑的建议发表在《物理评论快报》上。

这项研究可能为开发新的、令人兴奋的应用铺平道路，例如一种新型原子钟。时间晶体(TC)的概念最早是由受人尊敬的诺贝尔物理学奖得主弗兰克·威尔塞克(Frank Wilczek)在2012年提出。建立时间晶体作为物质新阶段的中心作用，对应于时间平移对称性的打破。在日常生活中，我们被固体包围着，在固体中，原子和分子沿着空间坐标形成一个周期性的结构。与普通晶体（如钻石）由原子在空间中规则排列所定义的性质不同，时间晶体相反显示出在时间上重复的不断变化行为模式。

然而，在保持平衡的完美隔离量子系统中，时间平移对称性打破的可能性被证明是非常困难的。值得注意的是，Haruki Watanabe和Masaki Oshikawa证明的定理指出，时间晶体的量子版本是不可能的，除非：在真正的量子系统中存在高度非局域相互作用，或者2考虑驱动系统。特别是，利用第二个漏洞，科学家在近几年已经表明，不同的时间晶体变体（最明显的是离散或Floquet时间晶体）是可能产生的。问题是：时间晶体的原始概念能实现吗？就这样留在空中？

在这项新研究中，由埃克塞特大学Oleksandr Kyriienko领导的研究小组表明：有可能“绕过”量子时间晶体存在的禁止定理，并且真正的时间晶体秩序确实是可能的。关键成分对应于找到哈密顿量（一种描述量子系统能量的算符）完全满足Watanabe和Oshikawa提出的时间晶体行为条件。研究小组发现，打破时间平移对称性的系统必然具有多粒子相互作用（所谓的“弦”），其中至少有一半的粒子同时相互作用。由于对应于薛定谔猫态两个最大纠缠态之间的耦合，关联的基态关联函数显示出永久振荡。

这些发现可以帮助科学家进一步理解物质凝聚态是如何表现的，并为动力学秩序的物理学提供线索。作为打破连续时间平移对称性的第一步，这项研究吸引了科学家们对其他可能量子系统的关注，在这些系统中，长程相互作用可能会产生有价值的动力学。Oleksandr Kyriienko表示：现在我们知道，时间平移对称性可以被高度非局部相互作用打破，我们能否改进这一点，并拥有具有减少相互作用的实际有用系统，其中相关性可以无限次存在？还不确定，但我们渴望找到答案。
博科园｜研究/来自：埃克塞特大学
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