量子計算機創奇蹟

    去年七月，谷歌聯合幾十位物理學家首次用自家量子計算機造出“時間晶體”，即一開放系統，其與周圍環境保持非平衡態。澳大利亞物理學家們日前已對半個地球以外的量子計算機開展編程，以製造或至少模擬出一個創紀錄的“時間晶體”。此外，“時間晶體”相互作用也可用於改善原子鐘、GPS等系統的性能。

    澳大利亞物理學家表示，日前設計出迄今為止最大的“時間晶體”，該時間晶體由五十七個量子比特組成，比早前谷歌科學家模擬的二十個量子比特的時間晶體大兩倍多。量子計算是一種遵循量子力學規律調控量子信息單元進行計算的新型計算模式。專家表示，這是重要進步，工作顯示了量子計算機模擬複雜系統的能力，使這些系統不只存在於物理學家的理論中。

    專家指出，“時間晶體”的概念最早出現在十年前，由諾貝爾物理學獎得主、麻省理工學院理論物理學家弗蘭克 · 威爾澤克最先提出。威爾澤克表示，“時間晶體”經歷周期性運動，每隔一段時間就會回到最初的形態，並能自發打破時間平移對稱性。也就是說，它可以隨着時間改變，但是會持續回到開始時的相同形態，如同鐘錶的指針周期性地回到原始位置。“時間晶體”是一種量子粒子系統，被鎖在一段永恆的時間循環中，類似於原子在一個真實的晶體中不斷重複的空間形態。

    澳大利亞墨爾本大學理論學家菲利普 · 弗雷等人使用IBM量子計算機開展遠程模擬，進行了更大的量子比特演示，他們可以同時將量子比特設置為○和一或一和○，並通過編程使它們像磁鐵一樣相互作用。在它們相互作用的某些設置中，研究人員發現，五十七個量子比特的任何初始設置都保持穩定，如○一一○一一○一一一○……，每兩個脈衝就會回到原始狀態。理論學家指出，如果磁鐵沒有相互作用，脈衝也會使它們翻轉一百八十度，並產生一樣的半頻響應。

    哈佛大學凝聚態理論學家解釋，是磁鐵之間的相互作用讓這種結構趨於穩定，才使該系統成為“時間晶體”，這就使得這個系統不會受一些瑕疵影響，比如如果脈衝長度不一，磁鐵也能進行翻轉。僅僅提高磁鐵間的相互作用強度是不夠。相鄰兩個磁鐵間的相互作用必須隨機變化，如果所有磁鐵間的相互作用都一樣強，那麼有一個磁鐵出了問題，就可能導致鏈條上的其他磁鐵出現翻轉錯誤。正是這種隨機性阻止錯誤的傳播，並穩定了“時間晶體”。

    美    子