新型时间晶体的寿命延长了1000万倍

新型时间晶体的寿命延长了1000万倍但是，既然空间和时间通常被视为同一"结构"的两个组成部分，这是否意味着也存在着在时间中重复图案的晶体呢？这是诺贝尔奖获得者、麻省理工学院物理学家弗兰克-威尔切克（FrankWilczek）在2012年提出的假设。这很难理解是如何做到的，但一个常见的比喻是想象一碗果冻，想象用勺子敲打它时会有什么反应。通常你会认为它会抖动几秒钟，然后停止。但如果这碗果冻是一个时间晶体，它可能会在延迟后抖动，停止，再抖动，再停止，并无限期地重复这个过程，甚至在没有任何进一步的敲击输入的情况下也是如此。这听起来可能很像永动机，但时间晶体实际上并不违反任何热力学定律，系统中的熵量保持不变。几年来，科学家们一直在争论它们是否可能存在，直到2017年，一个研究小组终于在实验室里成功制造出了时间晶体。后来的研究在儿童玩具晶体生长套件和量子计算机处理器中发现了它们，甚至观察到了它们之间的相互作用。但这些例子并没有捕捉到时间晶体的真正本质，只是捕捉到了一些不同步的行为。继续前面的比喻，他们是每秒敲击一次果冻，每两秒才看它抖动一次。真正的时间晶体会自己开始抖动，然后以周期性的模式无限抖动。这种时间晶体在2022年才首次展示，但只持续了几毫秒。这幅像火焰一样的图案实际上是一张图表，它展示了对时间晶体振荡的实验测量结果，显示了一个清晰的模式多特蒙德大学现在，德国多特蒙德大学的科学家们创造出了一种能持续1000万倍时间的晶体。它由砷化镓铟制成，然后持续点亮，直到晶体的核自旋变得极化。研究小组说，一段时间后，原子核自发地开始以一种可预测的模式振荡，这一过程相当于时间晶体。在实验中，研究人员记录到这种情况持续了40分钟，但他们表示，这种情况有可能持续更长时间。研究小组表示，可以通过调整实验条件来改变晶体周期的时间框架。它还可以被"熔化"，在这种情况下，"熔化"意味着失去它的模式，开始表现出一些混乱的行为。这将开启一个新的研究领域。这项研究发表在《自然-物理》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1422301.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1422301.htm

量子技术新突破：研究人员成功地制造出产生两束纠缠光的光源

量子技术新突破：研究人员成功地制造出产生两束纠缠光的光源对研究这种现象的兴趣是由于其在加密、通信和量子计算方面的巨大应用潜力。困难的是，当这些系统与它们周围的环境相互作用时，它们几乎立即变得不相干了。在巴西圣保罗大学物理研究所（IF-USP）的原子和光的相干操纵实验室（LMCAL）的最新研究中，研究人员成功地开发了一个产生两束纠缠光的光源。有关这项研究的文章最近发表在《物理评论快报》杂志上。"这个光源是一个光学参数振荡器，或称OPO，它通常由两个镜子之间的非线性光学响应晶体组成，形成一个光学腔体。当一束明亮的绿色光束照射在仪器上时，晶体-镜子动态产生两束具有量子相关性的光束，"文章的最后一位作者、物理学家HansMarinFlorez说。该研究中使用的光学参数振荡器（OPO）。图像来源:AlvaroMontañaGuerrero问题是，基于晶体的OPO发出的光不能与量子信息背景下的其他感兴趣的系统互动，如冷原子、离子或芯片，因为其波长与相关系统的波长不一样。"我们小组在以前的工作中表明，原子本身可以被用作媒介，而不是晶体。因此，我们制作了第一个基于铷原子的OPO，其中两个光束是强烈的量子相关的，并获得了一个可以与其他有可能作为量子存储器的系统互动的源，如冷原子，"Florez说。然而，这并不足以表明这些光束是纠缠在一起的。除了强度之外，与光波同步有关的光束相位也需要显示出量子关联性。他说："这正是我们在《物理评论快报》报道的新研究中所实现的。我们重复了同样的实验，但增加了新的检测步骤，使我们能够测量所产生的场的振幅和相位中的量子相关性。结果，我们能够证明它们是纠缠在一起的。此外，该检测技术使我们能够观察到，纠缠结构比通常所描述的要丰富。我们实际上产生的是一个由四个纠缠谱带组成的系统，而不是两个相邻的谱带被纠缠在一起。""在这种情况下，波的振幅和相位是纠缠在一起的。这在许多处理和传输量子编码信息的协议中是基本的。除了这些可能的应用，这种光源还可以用于计量学。强度的量子关联导致强度波动的大大减少，这可以提高光学传感器的灵敏度。想象一下，在一个聚会上，每个人都在说话，你听不到房间另一边的人说话。如果噪音充分降低，如果每个人都停止说话，你就可以在很远的地方听到某人说的话。"他补充说，提高用于测量人脑发出的α波的原子磁力计的灵敏度是潜在的应用之一。"文章还指出，与晶体OPO相比，铷质OPO还有一个优势。"Florez说："晶体OPO必须要有镜，使光在腔内保持更长的时间，这样相互作用就会产生量子相关的光束，而使用原子介质，在其中产生的两个光束比晶体更有效，避免了需要镜子来禁锢光这么长的时间。"在他的小组进行这项研究之前，其他小组曾试图用原子制造OPO，但未能证明所产生的光束的量子相关性。新的实验表明，系统中没有内在的限制来阻止这种情况的发生。研究人员发现，原子的温度是观察量子关联的关键。显然，其他研究使用了更高的温度，这让他们无法观察到相关关系。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1337695.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1337695.htm

全数字化量子模拟出手 在量子芯片上“搭”出时间晶体

全数字化量子模拟出手在量子芯片上“搭”出时间晶体此次，浙大研究团队首次尝试了“全数字化量子模拟”的实验方案。该方案在26量子比特的超导量子芯片上，通过操作高达240层深度的量子门，实现合作者的构思。相比于“类比量子模拟”，“全数字化量子模拟”的通用性更强，具有更高的编程灵活度和量子门精度，能够执行更多种类的量子算法。食盐、矿石等人们日常熟悉的一般晶体，构成它们的原子在空间排列上呈现周期性变化的规律。而时间晶体，也就是一种四维以上的空间晶体，其特征在时间上也呈现出周期性变化的规律。近日，《自然》杂志发表了由浙江大学（以下简称浙大）物理学院王震、王浩华研究组与清华大学交叉信息研究院邓东灵研究组等合作的研究成果。科研人员在超导量子芯片上首次采用全数字化量子模拟方式，实现了“拓扑时间晶体”这种全新的物质状态。在研究中，研究人员成功观测到了“拓扑时间晶体”的边缘因拓扑保护而呈现出离散时间晶体的行为，即浮球（Floquet）对称保护拓扑相。在超导量子芯片上使用数字化量子模拟的方法，有望被用于探索更多的物理学前沿问题。在寻找时间晶体过程中另辟蹊径联合团队绘制的数字量子模拟拓扑时间晶体概念图显示，超导量子芯片内部就像一个多姿多彩的量子世界。科学家们在这个量子世界中构建“拓扑时间晶体”。“拓扑时间晶体”规则排布的晶体代表保护拓扑的对称性，旋转的指针代表时间维度，中间不断流出的数字则代表数字模拟……在理论方面，关于时间晶体，有科学家曾提出离散时间晶体的概念，并提出了在一类非平衡态系统——量子多体局域化系统中创造时间晶体的理论模型；而在实验方面，近年来，有研究团队分别在离子阱平台、金刚石色心平台和核磁共振量子平台等多个平台上实现了“离散时间晶体”。时间晶体的特殊之处在于，它的周期性重复是自然且稳定的“基态”，即物质处于能量最低时的状态。浙大物理学院研究员王震解释说：“时间晶体并不需要像钟表运行那样消耗能量，其‘天性’类似于频闪或者呼吸，是周期性变化的。”两年前，清华大学教授邓东灵开始构思一种新的时间晶体，即尝试将拓扑的概念引入时间晶体。通过与浙大超导量子计算团队合作，他尝试在超导量子芯片上创造这类全新的时间晶体。“常规的时间晶体已经在一些实验平台中实现，而我们想尝试别人没有做过的。”王震说。联合团队基于浙大杭州国际科创中心量子计算创新工坊发布的“天目1号”超导量子芯片开展实验。该芯片依托于浙江大学微纳加工中心制作，其平均比特相干时间突破100微秒，达到了国际先进水平。该芯片采用较易扩展的近邻连通架构，具备更高的编程灵活度，以便执行更多种类的量子算法，具有更加广阔的研究前景。打磨出“全数字化模拟”利器近年来，在解决经典计算机无法胜任的复杂问题方面，量子计算显示出越来越强大的能力。科学家们认为，为了研究出适用范围广阔的“通用型量子计...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1304907.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1304907.htm

物理学家解开了准晶体形成之谜

物理学家解开了准晶体形成之谜一个由不同大小的环组成的子结构将自己无缝嵌入到一个六边形结构中。资料来源：马丁路德大学哈雷-维滕贝格分校他们的研究解决了从金属氧化物中形成二维准晶体的奥秘，最近发表在《自然通讯》杂志上。"六角形在自然界中经常被发现。最著名的例子是蜂窝，但石墨烯或各种金属氧化物，如氧化钛也形成这种结构。六边形是周期性排列的理想模式，"MLU物理研究所表面和界面物理组的研究员StefanFörster博士解释说。"它们如此完美地结合在一起，没有任何缝隙。"2013年，该小组在铂金基底上沉积了一个含有氧化钛和钡的超薄层，并在超高真空中加热到约1000摄氏度时，有了一个惊人的发现。原子排列成三角形、正方形和菱形，这些三角形、正方形和菱形组合成甚至更大的具有12条边的对称形状。一个具有12倍旋转对称性的结构被创造出来，而不是预期的6倍周期性。根据福斯特的说法，"准晶体被创造出来，具有非周期性的结构。这种结构是由高度有序的基本原子团组成的，即使这种有序性背后的系统性对观察者来说是难以辨别的。"来自哈雷的物理学家们是世界上第一个证明在金属氧化物中形成二维准晶体的人。自他们发现以来，这种准晶体的形成机制仍然令人费解。MLU的物理学家现在与来自哈雷马克斯-普朗克微结构物理研究所、格勒诺布尔-阿尔卑斯大学和美国国家标准与技术研究所（美国盖瑟斯堡）的研究人员合作，解决了这个谜题。利用精心设计的实验、高能计算和高分辨率显微镜，他们表明，高温和钡的存在创造了一个分别有四个、七个和十个原子的钛和氧环的网络。"钡既打破了原子环，又稳定了它们，"领导该联合项目的Förster解释说。"一个钡原子嵌入一个七原子环中，两个嵌入一个十原子环中"。这是可能的，因为钡原子与铂金支撑物发生静电作用，但不与钛原子或氧原子形成化学键。通过他们的最新发现，研究人员所做的不仅仅是澄清了一个基本的物理学问题。Förster说："现在我们对原子层面的形成机制有了更好的理解，我们可以尝试在其他与应用相关的材料（如金属氧化物或石墨烯）中按需制造这种二维准晶体。我们很高兴能够了解这种特殊的排列方式是否会产生全新的、有用的特性"。这些实验是作为"超周期晶体：结构、动力学和电子特性"项目的一部分进行的，该项目由德国研究基金会和法国国家研究机构资助。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1345975.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1345975.htm

科学家们错了：微小晶体揭示月球比之前认为的要古老数百万年

科学家们错了：微小晶体揭示月球比之前认为的要古老数百万年西北大学的科学家参与了对宇航员在阿波罗17号任务中采集的月球样本的分析。通过分析1972年阿波罗17号任务中收集的月球微小晶体，科学家们修正了月球的估计年龄。以前认为月球的年龄为44.25亿年，新的分析表明月球的年龄约为44.6亿年，比以前的估计年龄大4000万年。在菲尔德博物馆和格拉斯哥大学研究人员的领导下，西北大学的原子探测断层扫描设备使这项研究成为可能，它"确定"了样本中最古老晶体的年龄。通过揭示这些隐藏在月球尘埃中的锆石晶体的年龄，研究人员得以拼凑出月球形成的时间表。这项研究最近发表在《地球化学展望通讯》（GeochemicalPerspectivesLetters）杂志上。太空研究的技术演变西北大学的迪特尔-伊斯海姆（DieterIsheim）是这项研究的合著者之一，他说："这项研究证明了自1972年最后一次载人月球任务返回地球以来，我们取得了巨大的技术进步。这些样本是在半个世纪前被带到地球的，但直到今天我们才拥有必要的工具来进行必要水平的微观分析，包括原子探针层析成像"。显微镜下的月球锆石晶粒。资料来源：JennikaGreer通过逐原子分析，研究人员能够计算出锆石晶体中有多少原子发生了放射性衰变。当一个原子发生衰变时，它会脱落质子和中子，转化成不同的元素。例如，铀会衰变成铅。由于科学家已经确定了这一过程需要多长时间，因此他们可以通过观察铀原子和铅原子的比例来评估样本的年龄。该研究的资深作者、菲尔德博物馆的菲利普-赫克（PhilippHeck）说："放射性测年的原理有点像沙漏。在沙漏中，沙子从一个玻璃球流到另一个玻璃球，时间的流逝通过沙子在较低玻璃球中的积累来表示。辐射测年的原理与此类似，通过计算母原子的数量和它们转化成的子原子的数量。由于转化率是已知的，因此可以计算出时间的流逝。"Isheim是西北大学麦考密克工程学院材料科学与工程系的研究副教授，同时也是西北大学原子探针断层扫描中心(NUCAPT)的负责人。麦考密克材料科学与工程荣誉教授、NUCAPT创始主任大卫-塞德曼（DavidSeidman）也是这项研究的合著者。赫克是菲尔德博物馆罗伯特-普利兹克陨石和极地研究馆馆长、内高尼互动研究中心高级主任和芝加哥大学教授。格拉斯哥大学研究副教授JennikaGreer是这项研究的第一作者。研究开始时，她还是赫克实验室的博士生。主要作者詹妮卡-格里尔正在使用原子探测器。图片来源：西北大学迪特尔-伊斯海姆（DieterIsheim）月球的形成年代40多亿年前，当太阳系还很年轻，地球还在成长的时候，一个火星大小的巨大天体撞上了地球。巨大的块体脱离地球形成了月球，撞击的能量熔化了最终成为月球表面的岩石。赫克说："当月球表面像那样熔化时，锆石晶体就无法形成和存活。因此，月球表面的任何晶体一定是在月球岩浆海洋冷却后形成的。否则，它们就会被融化，其化学特征也会被抹去。"由于晶体一定是在岩浆海洋冷却后形成的，因此确定锆石晶体的年龄将揭示月球的最小可能年龄。但是，为了确定月球的最大可能年龄，研究人员求助于西北大学的原子探测层析成像仪器。格里尔说："在原子探针层析成像中，我们首先使用聚焦离子束显微镜将一块月球样本削成非常锋利的尖端，就像一个非常漂亮的削铅笔器。然后，我们使用紫外线激光将原子从尖端表面蒸发出来。原子通过质谱仪，它们移动的速度告诉我们它们有多重，进而告诉我们它们是由什么构成的。"在确定了样本中的材料并进行了辐射测定之后，研究人员得出结论，最古老的晶体大约有44.6亿年的历史。这意味着月球至少有这么古老。赫克说，了解月球形成的时间非常重要，因为"月球是我们行星系统中的重要伙伴。它稳定了地球的自转轴。它是一天有24小时的原因。它是我们拥有潮汐的原因。没有月球，地球上的生命将面目全非。这是我们想要更好地了解的自然系统的一部分，而我们的研究为整个画面提供了一块小小的拼图"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1401761.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1401761.htm

研究人员成功制造出金烯（goldene）：只有原子厚的金薄片

研究人员成功制造出金烯（goldene）：只有原子厚的金薄片进一步的实验很快赋予了这种材料更惊人的特性，它开始出现在电子产品、太阳能电池板、显示器、服装、头盔、防弹装甲、飞机甚至鞋子中。但最终，这种性能卓越的材料在新闻和市场上达到了过度饱和的地步--我们厌倦了写它，你厌倦了读它。即使是现在它也占据了这篇报道的太多篇幅。值得庆幸的是，有一种新的神奇材料可能会抢走石墨烯的风头。瑞典林雪平大学（LinköpingUniversity）的研究人员成功地制造出了金烯（goldene）--一种只有一个原子厚的金薄片。与石墨烯一样，这也改变了这种材料的三维块状特性--在这种情况下，烯金变成了一种半导体，而普通的金则不再是最好的导体之一。研究人员说，金烯之所以具有新的特性，是因为在其二维形式中，原子获得了两个"自由键"。这意味着它最终可以用作转化二氧化碳、生产氢气或有价值化学品或净化水的催化剂。当然，电子产品也能从中受益，即使这只是意味着制造电子产品所需的金量减少了。不过，金烯并不像石墨烯那样容易获得。金原子容易聚集在一起，因此很难将它们平铺成二维薄片。林雪平大学的科学家们首先在钛层和碳化物层之间夹上一层薄薄的硅，然后在上面镀上一层金。当加热到高温时，薄硅层被金取代。然后，棘手的一步就是将金烯从夹层中取出。为此，研究人员测试了一种名为"村上试剂"的化学试剂，它是日本古老铁匠技术的一部分，可以蚀刻掉碳残留物。在低浓度下使用长达两个月后，金烯就会暴露出来。最后，用表面活性剂使其稳定。当然，这只是金烯的一个开端，研究人员表示，他们计划继续研究金烯的特性、潜在应用，以及其他贵金属是否也能以类似的方式扁平化为二维。这项研究发表在《自然-合成》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1427612.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1427612.htm