物理学家构建时空晶体并观察其熔化

物理学家创建了一种时空晶体——一种在空间和时间上都重复的新型物质相——然后观察了它的熔化，这是一项首次进行的实验。这一成就由加州大学河滨分校和芝加哥大学的研究人员报告，标志着在理解这种奇异状态在现实条件下如何行为方面迈出了重要一步。

时空晶体是利用被困在磁场中并冷却到接近绝对零度的离子链（带电原子）构建的。通过施加精确计时的激光脉冲，研究团队诱导出一种在时间和空间上都振荡的模式，形成了一种存在于四维空间中的晶体。这种结构不同于普通晶体，后者只在空间上重复。

这项实验之所以重要，是因为时空晶体于2012年首次提出，挑战了对称性和时间的基本概念。观察它们的熔化——即时间有序性的丧失——提供了关于时间平移对称性如何被破坏的见解，对量子计算和精密计时具有潜在影响。

根据2023年3月8日发表在《自然·物理》上的研究，该晶体在熔化前持续了大约100毫秒。研究人员通过跟踪离子的量子态来测量熔化过程，注意到时间有序性逐渐衰减，而不是突然消失。主要作者Kateryna Murch博士解释说，熔化是由与环境的相互作用引发的，这种相互作用引入了噪声并破坏了微妙的量子相干性。

这项工作建立在早期在其他系统中创建时间晶体的努力之上，例如钻石杂质和超导量子比特，但这是首次直接观察时空晶体的熔化。该团队现在计划探索稳定晶体更长时间的方法，可能通过进一步隔离环境干扰。这样的进展可能导致强大的量子存储设备，在空间和时间中存储信息。