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最復(fù)雜二維時(shí)間晶體成功構(gòu)建

發(fā)布時(shí)間：2026-01-30

來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)

責(zé)任編輯：科普網(wǎng)

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科技日?qǐng)?bào)北京1月29日電（記者劉霞）西班牙多諾斯蒂亞國(guó)際物理中心科學(xué)家利用超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)，成功構(gòu)建出迄今最復(fù)雜的時(shí)間晶體，為新材料設(shè)計(jì)提供了新途徑。相關(guān)成果發(fā)表于新一期《自然·通訊》雜志。

所謂時(shí)間晶體，是一種在時(shí)間維度上周期性重復(fù)的特殊量子態(tài)，正如普通晶體中的原子在空間中有序排列，時(shí)間晶體則在時(shí)間中“自我循環(huán)”，仿佛永不停歇的鐘擺。這一看似違背直覺的現(xiàn)象曾引發(fā)對(duì)物理定律的質(zhì)疑，但近十年來(lái)，科學(xué)家已在實(shí)驗(yàn)中多次實(shí)現(xiàn)時(shí)間晶體。借助IBM的超導(dǎo)量子處理器，研究團(tuán)隊(duì)此次創(chuàng)造出前所未有的二維時(shí)間晶體，將該領(lǐng)域的復(fù)雜度推向新高度。

此前的時(shí)間晶體多為一維結(jié)構(gòu)，形如一條原子鏈。而此次研究使用了144個(gè)超導(dǎo)量子比特，以蜂窩狀網(wǎng)格排布，每個(gè)比特模擬一個(gè)量子自旋，彼此之間可通過(guò)編程調(diào)控相互作用強(qiáng)度。隨著時(shí)間演化，系統(tǒng)自發(fā)進(jìn)入穩(wěn)定的周期性振蕩狀態(tài)，這正是時(shí)間晶體的核心特征。

團(tuán)隊(duì)不僅實(shí)現(xiàn)了更高維度的構(gòu)造，還繪制出了系統(tǒng)的相圖——即不同參數(shù)下物態(tài)的完整分布圖。這如同水的相圖揭示其固、液、氣三態(tài)轉(zhuǎn)變條件，相圖的建立為理解復(fù)雜量子材料提供了關(guān)鍵路徑。

盡管實(shí)驗(yàn)依托量子硬件完成，但受限于當(dāng)前設(shè)備的噪聲與誤差，研究仍需結(jié)合傳統(tǒng)計(jì)算方法進(jìn)行校驗(yàn)。IBM科學(xué)家杰米·加西亞表示，這場(chǎng)“經(jīng)典”與“量子”之間的對(duì)話，正是通向未來(lái)新材料設(shè)計(jì)的重要一步。

他強(qiáng)調(diào)，這項(xiàng)模型之復(fù)雜，已超出傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)無(wú)近似求解的能力；而量子計(jì)算機(jī)雖具潛力，卻尚不完美。正因如此，兩種方法的互補(bǔ)協(xié)作，有望推動(dòng)對(duì)量子世界更深層的理解。

中國(guó)科學(xué)院大學(xué)博士生導(dǎo)師黃飆表示，二維系統(tǒng)的數(shù)值模擬極其困難，擁有百量級(jí)量子比特的大規(guī)模量子模擬，將成為未來(lái)研究的錨點(diǎn)。這一突破不僅是量子物質(zhì)探索的重大進(jìn)展，更有望橋接量子計(jì)算與量子傳感中的奇異態(tài)，開啟跨領(lǐng)域應(yīng)用的新可能。

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