人如何能够两次踏入同一条河流？也许你需要一份时间晶体

赫拉克利特有一句名言：“人不能两次走进同一条河流。”这是因为河水川流不息，人第一次踏入河流所遇到的水与第二次有所不同。然而如果踏入的是一条充满时间晶体的河流，事情或许会有所转机——因为时间晶体可以在不同状态之间循环，而不消耗能量，其在时间维度上具有对称性。诺贝尔物理学奖获得者弗朗克·维尔切克（Frank Wilczek）在 2012 年最先构思了这种物质的存在。最近，一个物理学家团队宣布在谷歌量子计算机中成功构造了物质的时间晶体相。

时间晶体能在两个状态之间来回切换，而不消耗能量。来源：Maylee for Quanta Magazine

7 月 29 日，谷歌的研究者与美国斯坦福大学、普林斯顿大学和其他大学的物理学家团队在

用于存放谷歌量子处理器的低温恒温器。图片来源：Google

2019 年，谷歌量子计算团队

图片来源：Samuel Velasco/Quanta

在 2014 年的秋天，Khemani 作为访问学者，加入了位于德累斯顿的马普所的 Sondhi 团队。Moessner 和 Lazarides 在那里专门研究 Floquet 系统，即受周期性驱动的系统，例如特定频率激光激发的晶体。激光的强度周期性变化，其对系统的影响效应也会周期性变化。

Moessner、Lazarides、Sondhi 和 Khemani 研究了多体局域化系统在这种周期性驱动下的行为。他们在计算和模拟中发现，当使用激光以特定方式激发局域化自旋链时，自旋系统会来回翻转，持续在两个不同的多体局域化状态之间循环，而不从激光中吸收任何净能量。

他们将这一发现称为 pi 自旋玻璃相（pi 表示 180° 翻转）。团队在 2015 年的

斯坦福大学的凝聚态物理学家 Vedika Khemani 在 2015 年读研究生时与三位合著者构想了最近实现的时间晶体。图片来源：Rod Searcey

激光已经打破了一维自旋链在时间上的连续对称性，“离散的时间平移对称性”（discrete time-translation symmetry）取而代之——也就是说，相同的条件仅在激光的每个循环周期结束后才会出现。而自旋的来回翻转进一步破坏了激光施加的离散时间平移对称性——其周期时激光周期的数倍。

Khemani 与合著者详细地表征了这一物相，而 Nayak 团队使用时间、对称性和自发对称破缺这些物理学中的基本概念对其进行了描述。除了提供更有吸引力的名词外，他们还提出了新的理解角度，并对 pi 自旋玻璃相以外的 Floquet 时间晶体概念（并不一定需要对称性）进行了概括。他们的论文于 2016 年 8 月发表在《物理评论快报》（PRL）上，两个月后，Khemani 和公司发表了首个这一物相案例的理论发现。

两个团队都声称自己发现了这一概念。自此，这些互相竞争的研究者和其他人一起，开始竞相尝试创造实际的时间晶体。

Nayak 的团队与马里兰大学的 Chris Monroe 展开了合作，后者使用电磁场对离子进行捕获和操控。该小组一个月前在

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