你可能对构成地球上日常生活的物质基本状态——固态、液态、气态——非常熟悉。
但这些三种看起来和行为都不同的物质并不是宇宙的全部，远非如此。科学家们已经发现（或创造）了数十种更奇特的物质状态，它们常常带有神秘而奇幻的名字，例如：超流体、玻色-爱因斯坦凝聚态，以及中子简并态物质，等等。
在过去的几年里，世界各地的物理学家一直在构建另一种物质状态：“时间晶体”。如果这听起来像是 B 级科幻电影里的术语，那么它已经不再是术语了。利用量子计算机，一些研究人员已经创造出了时间晶体，他们认为这牢固地确立了时间晶体在物理学界的地位。
这些研究人员尚未正式发表他们的研究成果，但上个月，他们将一篇预印本（一份尚未经过同行评审的科学论文）发布在了 ArXiV 网站上。发布
那么，时间晶体到底是什么？它听起来可能像是让时间机器运转的关键组件，某种未来能源，或者是一个失落外星文明的遗物。但对科学家来说，时间晶体实际上是一个更微妙的东西：它是物理学定律的一个奇特之处。
任何普通的晶体——例如钻石、祖母绿，甚至冰块——的定义是，晶体的原子在空间中以重复的图案排列。空间有三个维度，还有第四个维度：时间。因此，物理学家想知道，晶体的原子是否也能在时间上以重复的图案排列。
实际上，它的工作原理大致如下。你创造一个原子处于某种初始状态的晶体。如果你用一个精心调谐的激光照射该晶体，那些原子可能会翻转到另一种状态，然后再翻转回来，然后再次翻转，等等，所有这些都无需实际吸收激光的任何能量。
如果你退后一步看，你刚刚创造的是一种永不停歇、无限期运动的物质状态，而无需吸收任何能量。
这可不是一件小事。它违背了经典物理学中最神圣的原则之一：热力学第二定律。该定律指出，熵（或无序度）总是倾向于增加。想象一个摇摇欲坠的花瓶，放在桌子的边缘。宇宙想要把花瓶推下去，让它在地上摔碎。要把它们重新拼起来，你需要投入能量。
时间晶体实际上是一个相当新的概念，它最早由诺贝尔奖得主物理学家弗兰克·威尔切克（Franck Wilczek）于 2012 年首次提出理论。当时并非所有物理学家都接受该理论，一些人声称热力学第二定律会以其“法律面孔”出现。
当然，固执的研究人员找到了漏洞。2016 年，马里兰大学的物理学家们设法用一组镱原子拼凑出了一个粗糙的时间晶体。其他团队已经在钻石内部创造了时间晶体。
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但这些最新的时间晶体研究者做了些不同的事情。他们转向了谷歌，并使用量子计算机：一种利用量子力学特性的设备，量子力学是指导微观宇宙的看似神秘的物理学。与日常的“经典”计算机使用硅位不同，量子计算机直接与原子或粒子打交道。这使得物理学家能够进行实验，而这些实验用传统计算机进行可能会异常困难，因为量子物理学（它允许粒子同时处于多种状态，并且粒子在看似不可能的距离进行相互作用）相当深奥。
费米实验室（Fermilab）的量子计算机研究员加布里埃尔·珀杜（Gabriel Perdue）表示：“用传统计算机来模拟这些规则……会变得更加困难。”费米实验室是位于芝加哥郊区的一个专注于高端粒子物理的国家实验室。
但是，通过在量子计算机的处理器中排列粒子，就可以像研究积木一样研究微小粒子的系统。这是一项强大的能力，在非量子世界里你不会经常看到。
珀杜说：“我们不会通过建造微型棒球运动员并进行模拟来计算棒球能飞多远。”但他表示，在非常小的尺度上做一些非常类似的事情，正是研究人员利用谷歌量子计算机来制造他们的时间晶体所做的事情。
在这种情况下，物理学家可以取原子，重新排列它们，然后用激光脉冲驱动它们以制造时间晶体。这种设置使得研究人员能够创造出比以往任何时间晶体都更大的时间晶体。虽然许多之前的时间晶体寿命很短，在几次来回翻转周期内就会瓦解，但这次最新时间晶体研究的科学家们对他们创造出的稳定性惊叹不已。
珀杜说：“对我来说，这里最令人兴奋的是，它展示了如何利用量子计算机真正模拟量子物理系统，并以一种非常新颖和令人兴奋的方式对其进行研究。”
那么，这些时间晶体真的能引领新一轮新兴的时间机器吗？
很可能不行。但它们可能会帮助量子计算机变得更健壮。多年来，工程师们一直致力于创造能够作为量子计算机内存的东西，类似于支撑传统计算机的硅。物理学家认为，时间晶体可以满足这一需求。
珀杜说，这项实验也展示了量子计算机进行科学研究的能力。“他表示，‘制作一些很酷的算法的平台，对于模拟这些类型的系统同样适用，我甚至可以说更好。’”
