研究人员制造出寿命比以前长数百万倍的时间晶体

研究人员制造出寿命比以前长数百万倍的时间晶体研究人员成功延长了时间晶体的寿命，证实了弗兰克-威尔切克（FrankWilczek）提出的一个理论概念。这标志着量子物理学向前迈出了重要一步。多特蒙德工业大学的一个研究小组最近成功地制造出了一种非常耐用的时间晶体，它的寿命比以前的实验所显示的要长几百万倍。通过这一研究，他们证实了诺贝尔奖获得者弗兰克-威尔切克（FrankWilczek）大约在十年前提出的一个极其有趣的现象，而这一现象已经出现在科幻电影中。这项研究成果现已发表在《自然-物理》杂志上。空间晶体，是原子在大长度尺度上的周期性排列。这种排列赋予了晶体迷人的外观，就像宝石一样具有光滑的切面。物理学通常把空间和时间放在同一层面上处理，例如在狭义相对论中，麻省理工学院（MIT）物理学家、诺贝尔物理学奖获得者弗兰克-威尔切克（FrankWilczek）在2012年提出了一个假设：除了空间中的晶体，时间中也一定存在晶体。他说，要做到这一点，它们的一个物理特性必须在时间上自发地开始发生周期性变化，即使系统没有经历相应的周期性干扰。看似火焰的是对新时间晶体的测量：每个点都对应一个实验值，从而得出时间晶体核自旋极化周期性动态的不同视图。图片来源：AlexGreilich/多特蒙德大学这种时间晶体是否可能存在，几年来一直是科学界争论不休的话题，但很快就出现在电影院里：例如，在漫威影业出品的电影《复仇者联盟：终局之战》（2019）中，时间晶体就扮演了核心角色。从2017年起，科学家们开始在少数场合成功展示了潜在的时间晶体。AlexGreilich博士在多特蒙德工业大学物理系凝聚态物质研究中心工作。资料来源：多特蒙德工业大学然而，与威尔切克最初的想法不同的是，这些系统受到具有特定周期性的时间激发，但随后又以两倍长的周期发生反应。2022年，在玻色-爱因斯坦凝聚态中才展示了一种晶体，虽然激发与时间无关，即恒定不变，但它在时间上表现出周期性。不过，这种晶体的寿命只有几毫秒。亚历克斯-格雷利希博士领导的多特蒙德工业大学物理学家现已设计出一种由砷化镓铟制成的特殊晶体，在这种晶体中，核自旋充当了时间晶体的储存器。晶体在持续光照下，通过与电子自旋的相互作用形成核自旋极化。正是这种核自旋极化自发地产生了振荡，相当于时间晶体。目前的实验结果表明，这种晶体的寿命至少为40分钟，比迄今为止证明的寿命长1000万倍，而且有可能存活得更长。通过系统地改变实验条件，可以在很大范围内改变晶体的周期。然而，也有可能进入晶体"熔化"的区域，即失去周期性的区域。这些区域也很有趣，因为这时会表现出混沌行为，这种行为可以维持很长时间。这是科学家们第一次能够利用理论工具来分析这类系统的混沌行为。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1416277.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1416277.htm

量子技术新突破：科学家们延长了Qubit的寿命

量子技术新突破：科学家们延长了Qubit的寿命科学家们已经证明，他们可以通过改变周围晶体的结构使其不那么对称来延长分子量子比特的寿命。这种不对称性可以保护量子比特不受噪音影响，使其保持信息的时间比放在对称结构中要长五倍。资料来源：麻省理工学院/丹-劳伦扎研究小组获得了10微秒的相干时间（量子比特保持信息的时间），即百万分之一秒，相比之下，分子量子比特在对称晶体主机中的相干时间为2微秒。这些发现发表在《物理评论X》杂志上，由来自麻省理工学院、美国能源部（DOE）阿贡国家实验室、西北大学、芝加哥大学和格拉斯哥大学的一组科学家完成。由阿贡管理的美国能源部国家量子科学研究中心（Q-NEXT）帮助资助了这项研究。背景量子比特是量子信息的基本单位，是传统计算比特的量子类似物。在噪声或干扰信号破坏信息之前，量子比特只能保持一段时间。延长信息保持稳定的时间长度，即所谓的相干时间，是量子信息科学的最大挑战之一。量子比特有不同的类型，其中一个是实验室设计的分子。分子量子比特是模块化的，这意味着它们可以很容易地从一个环境中移动并放置在另一个环境中。相比之下，其他类型的量子比特，如那些由半导体制成的量子比特，是高度固定在其环境中的。为什么这很重要较长的相干时间使得量子比特在计算、长距离通信以及医学、导航和天文学等领域的传感等应用中更加有用。因为相干时间可以通过改变量子比特的外壳或将其置于相对于外壳更不对称的位置来延长，所以不需要改变量子比特本身来实现更长的寿命。只需改变它的情况。麻省理工学院F.G.Keyes化学教授、论文合著者丹娜·弗里德曼说："分子化学使我们能够更换承载量子比特的晶体材料，并修改量子比特本身。加入这种新的控制水平是非常有用的。"这项研究的共同作者，格拉斯哥大学的萨姆·贝里斯说："这种变化只是通过改变宿主分子上的单个原子来实现的，这是你能得到的最小的变化之一，它引起了相干时间的五倍增强，这是一个很好的证明，你可以通过分子获得这种原子级的可调性。化学技术本质上提供了单原子水平的控制，这是很多现代技术中的一个梦想。"这种对称性破坏技术的有效性意味着分子量子比特可以在各种各样的环境中运行，甚至是那些不能减少噪音的环境。弗里德曼说："我们已经创造了一个新的手柄来修改分子系统中的相干性，"。"这种新发现的化学控制宿主环境的能力为分子量子比特的目标应用开辟了新的空间。""虽然与一些系统相比，10微秒可能听起来不是非常长，但我们没有做任何事情来减少噪声源。在我们测量的环境中，噪声是非常显著的。因此，即使那里有噪声，量子比特基本上看不到它，而我们为什么不直接删除噪声源呢？在实际情况下，并不总是能够在一个超纯的环境中工作。因此，拥有一个能在嘈杂环境中内在运行的量子比特可能是有利的。"细节该团队的长寿命量子比特是由附着在碳基分子上的铬基离子构成的。对于一个分子量子轨道来说，噪音的主要来源是其周围的磁场。磁场往往会扰乱量子比特的能级，而这些能级是对信息的编码。晶体的不对称性使量子比特免受潜在的破坏性磁场的影响，信息被保存得更久。除了改善量子比特的特性外，该团队还开发了一种数学工具，可以根据宿主晶体的结构准确预测任何分子量子比特的相干时间。"这对我们来说是令人难以置信的，非常令人兴奋的事情之一是这些系统可以在很短的时间内取得多大的进步，以及对宿主矩阵的一些修改可以获得相当大的改进。"贝里斯说。"这是一个重要的发展。能够精确调整一个量子比特的环境是分子量子比特的一个独特优势。"Q-NEXT主任和论文共同作者DavidAwschalom说，他也是阿贡高级科学家、研究和基础设施副院长、芝加哥大学普利兹克分子工程学院分子工程和物理学Liew家族教授，以及芝加哥量子交易所主任。"知道我们可以通过工程设计其环境来延长量子比特的寿命，为跨量子计算、传感和通信的应用开辟了新的可能性。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1333795.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1333795.htm

光子时间晶体放大光线可以增强通信设施和激光器的能力

光子时间晶体放大光线可以增强通信设施和激光器的能力二维光子时间晶体如何提升光波的图示。资料来源：XuchenWang/阿尔托大学时间晶体最早是由诺贝尔奖获得者FrankWilczek在2012年设想的。普通的晶体有一个在空间中重复的结构模式，但在时间晶体中，该模式在时间中重复。虽然一些物理学家最初对时间晶体的存在持怀疑态度，但最近的实验已经成功地创造了它们。去年，阿尔托大学低温实验室的研究人员创造了成对的时间晶体，可能对量子设备有用。现在，另一个团队制造了光子时间晶体，这是基于时间的光学材料版本。研究人员创造了在微波频率下工作的光子时间晶体，他们表明，这种晶体可以放大电磁波。这种能力有可能应用于各种技术，包括无线通信、集成电路和激光器。到目前为止，对光子时间晶体的研究主要集中在块状材料上，即三维结构。这已被证明是巨大的挑战，而且实验还没有超越没有实际应用的模型系统。因此，包括来自阿尔托大学、卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）和斯坦福大学的研究人员在内的该团队尝试了一种新的方法：建立一个二维光子时间晶体，它被称为元表面。该研究的主要作者王旭晨说："我们发现，将维度从三维结构减少到二维结构，使得实施起来非常容易，这使得在现实中实现光子时间晶体成为可能，"他曾是阿尔托的博士生，目前在KIT工作。这种新方法使研究小组能够制造出光子时间晶体，并在实验中验证关于其行为的理论预测。"我们首次证明了光子时间晶体能够以高增益放大入射光，"王说。"在光子时间晶体中，光子被安排在一个随时间重复的模式中。这意味着晶体中的光子是同步和相干的，这可以导致光的建设性干扰和放大，光子的周期性排列意味着它们也能以促进放大的方式进行互动。"二维光子时间晶体有一系列的潜在应用。通过放大电磁波，它们可以使无线发射器和接收器更强大或更有效。王指出，用二维光子时间晶体涂抹表面也可以帮助解决信号衰减问题，这是无线传输中的一个重要问题。光子时间晶体还可以简化激光器的设计，因为它不再需要通常用于激光腔的大块反射镜。另一个应用来自于这样的发现：二维光子时间晶体不仅能放大在自由空间中击中它们的电磁波，还能放大沿表面传播的波。表面波被用于集成电路中电子元件之间的通信。"当表面波传播时，它受到材料损失的影响，信号强度也会降低。通过将二维光子时间晶体集成到系统中，表面波可以被放大，通信效率也得到提高。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1356471.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1356471.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

COVID-19大流行的意外影响：封锁行动延长了母乳喂养时间

COVID-19大流行的意外影响：封锁行动延长了母乳喂养时间第一作者、加州大学旧金山分校家庭和社区医学副教授、加州大学旧金山分校社会政策促进健康平等研究项目主任丽塔-哈马德博士说："留在家里的政策使父母能够在家里继续母乳喂养，而不是返回工作场所。"这表明对母乳喂养的需求被压抑了，这可能是由于美国缺乏全国性的带薪家庭休假政策而受到阻碍。"研究指出，白人妇女和高收入者在就地收容期间母乳喂养时间的增长最为显著，可能是因为这些群体的工作更容易在家里完成。根据该研究，西班牙裔父母在大流行期间更有可能从事"必要的"低工资工作，因此这一群体的母乳喂养收益更为温和。哈马德说："这次大流行再次凸显了一个健康不平等的领域--有利于母乳喂养的工作场所的差异。"这项研究最近发表在《美国公共卫生杂志》上。一个自然实验研究人员将大流行早期（2020年3月至4月）的工作场所关闭作为一个自然实验，以了解留在家中的能力是否改变了新父母的母乳喂养模式。他们使用2017-2020年全国调查和118,139名产后人士的出生证明数据来检查婴儿是否被母乳喂养，如果是的话，时间有多长。他们比较了原地收容政策之前和之后出生的婴儿的母乳喂养的开始和持续时间。虽然母乳喂养的开始率在大流行期间没有变化，但妇女的母乳喂养时间从12.6周增加到14.8周，或18%。白人妇女的持续时间增加最多，为19%，而西班牙裔妇女的持续时间最小，为10.3%。高收入妇女比低收入妇女有更大的增长，分别为18.5%和16.8%。较长的持续时间至少持续到2020年8月，然后下降到大流行前的水平。在大流行的早期几个月，母乳喂养的开始并没有改变，这可能表明开始母乳喂养的障碍与继续母乳喂养的障碍不同。然而，黑人和低收入群体在大流行期间的母乳喂养开始率确实有所下降，这可能反映了这些群体在就地收容期间获得母乳喂养支持的机会较少。美国在母乳喂养的开始和持续时间方面的排名比大多数同行国家要差，而且是唯一没有为新父母制定国家带薪休假政策的高收入国家。只有25%的美国私营企业工人可以通过雇主获得带薪家事假，而有色人种和低工资工人最不可能有资格。"我们的研究表明，如果工作的父母在留在家里照顾新生儿时能得到报酬，那么美国的母乳喂养时间会更高，与同行国家更具有可比性，特别是有色人种和那些低收入工作的父母，他们无法承担无薪休假，"哈马德说。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1365117.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1365117.htm

进化实验产生了大2万倍且拥有1万倍韧性的酵母菌

进化实验产生了大2万倍且拥有1万倍韧性的酵母菌现在，来自佐治亚理工学院的科学家们报告了一项实验的初步结果，他们希望继续运行几十年，有一个相当高的目标--将单细胞生命体进化成全新的多细胞生命体。定向进化实验已经进行了几十年，甚至在2018年赢得了诺贝尔化学奖，但那些实验通常集中在制造新药或解决其他问题上，而不是堵住我们遥远的家谱上的漏洞。在这个多细胞长期进化实验（MuLTEE）的第一阶段，研究人员从一种叫做雪花酵母的物种开始。这些微生物在摇晃的孵化器中生长，每天研究小组都会进行一次人工自然选择--生长最快、体积最大的菌落被选为进一步培养的对象。重复这个过程数千次，你就可以很好地接近自然进化中有利于某些特征的环境力量。果然，在大约3000代之后，酵母已经进化到形成超过50万个细胞的集群--比原始菌株大2万多倍。在这一过程中，它们变得肉眼可见，并且变得大约1万倍的坚韧，与木材相当。通过该团队的进化实验，雪花酵母细胞从约100个细胞簇（左）成长到50万个细胞（右）。科学家们进行了更深入的调查，以观察在细胞层面上发生了什么，这使他们取得了如此令人印象深刻的进展。他们发现，单个酵母细胞都已经伸展开来，这减少了每组细胞的密度，因此，减少了它们彼此之间的压力。这使得集群不会像通常情况下在一定的密度下发生断裂，从而使它们能够长得更大。但该团队说，仅凭这种机制不应该导致如此戏剧性的增长。因此他们使用扫描电子显微镜进行了更仔细的观察。"我们发现，有一种全新的物理机制，使这些群体能够成长到这种非常、非常大的尺寸，"该研究的第一作者OzanBozdag说。"酵母的枝条已经纠缠在一起--集群细胞进化出类似于葡萄的行为，相互缠绕，加强了整个结构。"虽然"进化的"酵母仍然缺乏真正多细胞生物的许多生物特征，但这种细胞纠缠似乎是通往这一目标的道路上的一个里程碑。实验也远未结束，所以进一步的发展可能正在路上。该研究发表在《自然》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1359727.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1359727.htm