寻求发展对量子系统中时间晶体行为的理解的尝试有了新的,令人兴奋的转折。
来自冰岛埃克塞特大学和圣彼得堡ITMO大学的物理学专家透露,封闭量子系统中存在真正的时间晶体是可能的。
与迄今为止尚未考虑非平衡开放量子系统的其他研究不同,驱动器的存在会引起时间周期振荡,理论上,研究人员发现了一个量子系统,其中时间相关性可以无限长地存活。
该研究报告于11月20日以《编辑评论》的形式发表在《物理评论快报》上,该研究可以为开发新颖而令人兴奋的应用(例如新型原子钟)铺平道路。
诺贝尔奖得主物理学家弗兰克·威尔泽克(Frank Wilczek)于2012年首次提出了时间晶体(TC)的概念。将时间晶体确立为物质的新阶段的核心作用是打破时间平移对称性。
在日常生活中,我们被固体包围,其中原子和分子沿空间坐标形成周期性结构。与普通的晶体(例如钻石)不同,其属性由原子规则地排列在空间中,而时间晶体则表现出不断变化的行为模式,这种行为会随时间重复。
然而,在保持平衡的完全隔离的量子系统中,时间平移对称性破裂的可能性非常困难。值得注意的是,渡边晴树和Oshikawa Masaki证明的定理指出,时间晶体的量子形式是不可能的,除非:1)真正的量子系统中存在高度非局部相互作用;或2)考虑驱动系统。
特别是,利用第二个漏洞,科学家们近年来证明,可以生产出不同的时间晶体变体(最显着的是离散或Floquet时间晶体)。
问题是:“时间晶体的原始概念能否实现?”因此留在空中。
在这项新的研究中,来自埃克塞特大学的Oleksandr Kyriienko领导的研究小组表明,可以绕过量子时间晶体存在的无定理,并且确实有可能实现真正的时间晶体秩序。
关键成分对应于找到哈密顿量-一个描述量子系统能量的算符-完全满足渡边和Oshikawa提出的TC行为的条件。
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”),其中至少一半粒子同时相互作用。
由于对应于薛定inger猫状状态的两个最大纠缠状态之间的耦合,相关的基态相关函数表现出永久的振荡。
这些发现可以帮助科学家进一步了解物质的凝聚态的行为,并为动力学阶数的物理学提供启示。
作为打破连续时间平移对称性的第一步,这项研究引起了其他可能的量子系统的注意,在这些系统中,长程相互作用可能会诱发非平凡的动力学。
Oleksandr Kyriienko说:“现在,我们知道时间平移对称性可以通过高度非局部的交互作用来打破。我们能否对此加以改进,并拥有减少交互作用的实用系统,使相关性在无限的时间得以维持?我不确定,但是我知道渴望找到答案。”