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科學家首次在室溫裡德堡氣體中觀測到“時間晶體”

2024年07月19日08:28 | 來源:光明日報
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原標題:科學家首次在室溫裡德堡氣體中觀測到“時間晶體”

記者從清華大學獲悉,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(nèi)外研究機構(gòu)合作,首次在強相互作用的室溫裡德堡氣體中,觀測到了持續(xù)穩(wěn)定的“時間晶體”信號。相關(guān)研究成果日前發(fā)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,即處於“時間晶體”相的物理系統(tǒng)會隨著時間不斷地自我重復,呈現(xiàn)持續(xù)的周期性振蕩行為。自此,關(guān)於“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,由於量子漲落,連續(xù)“時間晶體”相很難穩(wěn)定地存在於處於平衡態(tài)的系統(tǒng)中。

據(jù)研究團隊成員介紹,不同於傳統(tǒng)的有限溫體系,其研究所構(gòu)建的系統(tǒng)是一種非平衡態(tài)系統(tǒng),其中裡德堡原子間的長程相互作用,相干的外場驅(qū)動,以及原子的自發(fā)輻射等耗散之間的協(xié)同作用,是“時間晶體”得以穩(wěn)定存在的關(guān)鍵。這種特殊的“時間晶體”也被稱為“耗散時間晶體”。

在此基礎(chǔ)上,研究團隊成員發(fā)現(xiàn),在經(jīng)過一個短暫的弛豫過程后,系統(tǒng)才在時間維度上建立起真正的長程序,形成穩(wěn)定的時間晶格結(jié)構(gòu)。研究團隊還同時發(fā)現(xiàn),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(tǒng)中形成“時間晶體”的另一關(guān)鍵機制:多種裡德堡組分之間的相互競爭,並進行了實驗驗証。

團隊成員表示,這一發(fā)現(xiàn)為深化理解“時間晶體”現(xiàn)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(tǒng)來探究有關(guān)“時間晶體”的各種理論預言。正如水的三相點——氣、液、固態(tài)的相變臨界點可以被用於攝氏度零度的標定,“時間晶體”在臨界點附近劇烈的物態(tài)變化,也為量子傳感、量子精密測量等新興技術(shù)領(lǐng)域提供了全新的思路。(記者鄧暉)

(責編:李昉、李依環(huán))

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