科學家首次在室溫里德堡氣體中觀測到“時間晶體”

本報北京7月18日電 記者鄧暉從清華大學獲悉，該校物理系尤力教授團隊與北京量子信息科學研究院等國內外研究機構合作，首次在強相互作用的室溫里德堡氣體中，觀測到了持續穩定的“時間晶體”信號。相關研究成果日前發表在《自然·物理》雜志上。

2012年，諾貝爾物理學獎得主弗朗克·維爾切克首次預言了“時間晶體”的存在，即處于“時間晶體”相的物理系統會隨著時間不斷地自我重復，呈現持續的周期性振蕩行為。自此，關于“時間晶體”的討論一直是量子多體物理的熱點問題。然而，眾多的理論分析指出，由于量子漲落，連續“時間晶體”相很難穩定地存在于處于平衡態的系統中。

據研究團隊成員介紹，不同于傳統的有限溫體系，其研究所構建的系統是一種非平衡態系統，其中里德堡原子間的長程相互作用，相干的外場驅動，以及原子的自發輻射等耗散之間的協同作用，是“時間晶體”得以穩定存在的關鍵。這種特殊的“時間晶體”也被稱為“耗散時間晶體”。

在此基礎上，研究團隊成員發現，在經過一個短暫的弛豫過程后，系統才在時間維度上建立起真正的長程序，形成穩定的時間晶格結構。研究團隊還同時發現，觀測到的振蕩信號對外界噪聲具有很好的抗干擾性，即使人為地添加很強的噪聲，“時間晶體”相也不會完全被破壞。研究團隊進一步揭示了該系統中形成“時間晶體”的另一關鍵機制：多種里德堡組分之間的相互競爭，并進行了實驗驗證。

團隊成員表示，這一發現為深化理解“時間晶體”現象提供了一個強大的實驗平臺。讓人們可以通過具體的物理系統來探究有關“時間晶體”的各種理論預言。正如水的三相點——氣、液、固態的相變臨界點可以被用于攝氏度零度的標定，“時間晶體”在臨界點附近劇烈的物態變化，也為量子傳感、量子精密測量等新興技術領域提供了全新的思路。

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