科学家首次将“时间晶体”应用到真实量子器件中

芬兰阿尔托大学应用物理系的研究团队在博士后研究员耶雷·马基宁（Jere Mäkinen）带领下，首次成功将时间晶体与外部系统耦合——具体来说，是将其转变为一种光机系统。时间晶体是一种特殊量子物态，能在不消耗能量的情况下自发维持周期性运动（但不违反热力学定律，因其处于孤立量子态、未受外界干扰）。此前，因担心外部连接会破坏其稳定性，学界从未实现此类耦合。研究团队利用射频波向接近绝对零度的氦-3超流体注入磁振子（一种准粒子），关闭射频后，磁振子自发形成时间晶体，并稳定振荡长达数分钟（约108个周期），远超一般量子态寿命。随着其逐渐衰减，该时间晶体自然与邻近的机械振荡器发生相互作用；而这种相互作用的特性（如响应强度、相位变化）取决于振荡器的频率和振幅。研究发现：时间晶体频率的微小变化，与经典光机系统中广为人知的现象（如激光干涉仪引力波天文台LIGO所依赖的光-力耦合效应）完全一致。这意味着，通过优化机械振荡器的品质因子（降低能量损耗）和工作频率，整个系统可被调校至逼近量子极限，从而实现对时间晶体的主动控制与精密调控。这一突破为时间晶体的实际应用铺平道路：一方面，其超长相干时间（比当前量子计算机使用的量子比特长多个数量级）使其成为理想量子存储介质，有望大幅提升量子内存的稳定性和读写效率；另一方面，它可作为高精度‘频率梳’，为超高灵敏度测量设备（如新一代原子钟、精密磁场/加速度传感器）提供极其稳定的频率基准。