今日消息 物理学家创造了一种具有两个时间维度的奇特物质相

据悉，位于纽约市的Flatiron研究所的计算量子物理中心的科学家们创造了一种新的、从未见过的物质相。它的特殊性在于原子有两个维度的时间，尽管它们存在于我们单一的时间流中。该团队于当地时间7月20日在《自然》上发表了他们的研究。

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物理学家通过向量子计算机内使用的原子发射基于斐波那契序列的脉冲的激光创造了这种奇怪的物质阶段。他们认为，这可能是量子计算的一个突破，因为它可以保护存储的信息不受当前量子存储方法中出现的错误影响。数据退化仍然发生，但速度要慢得多。

该研究的论文第一作者Philipp Dumitrescu表示，他已经在这一科学背后的理论上工作了五年多，但这是第一次在实际实验中“实现”。

Dumitrescu告诉Phys.org说道：“（这种动态拓扑相）是对物质相位的一种完全不同的思考方式。”

研究人员通过对量子计算机中一种叫做镱的元素的离子进行频闪来实现他们的理论。当他们用标准的重复模式（AB、AB、AB......）撞击离子时，产生的量子比特保持了1.5秒的量子化，他们指出这是一个令人难以置信的改进。

然而当他们用斐波那契脉冲（A、AB、ABA、ABAAB、ABAABABA......）轰击离子时，量子比特在超级状态下保持了惊人的5.5秒。考虑到一个量子比特的平均寿命约为500纳秒（0.00000005秒），这些结果是非常显著的。这种短暂的寿命是因为每当观察或测量时量子比特就会离开它的超状态（在这里它同时作为1和0存在）。甚至跟其他量子比特的相互作用也足以破坏这种量子性。

Dumitrescu说道：“即使你严格控制所有的原子，它们也会因为跟环境交谈、加热或以你没有计划的方式与事物互动而失去其量子性。在实践中，实验设备有许多误差源，在仅仅几个激光脉冲之后就会降低相干性。”

它背后的物理学对于普通人来说是相当难以琢磨的，但在上面的彭罗斯瓷砖图案中得到了说明。像典型的晶体一样，这种准晶体有一个稳定的晶格，其结构从未重复过。这个图案是5D正方形晶格的2D显示。

研究人员希望创建一个类似的对称结构，但他们不是在空间中构建它而是在时间中构建它。物理学家们使用斐波那契脉冲激光器创造了一个拥有“时间对称性”的高维量子比特。当“压扁”到我们的4D领域时，产生的量子比特有两个时间维度。这个额外的维度在一定程度上保护了量子比特不被降解。然而它只适用于10镱离子系列的外部“边缘”（第一个和第十个量子比特）。

“有了这个准周期序列就有了一个复杂的演化过程，它抵消了所有生活在边缘的错误，”Dumitrescu说道，“正因为如此，边缘保持量子力学一致性的时间比你预期的要长得多。”

尽管物理学家们已经证明该技术创造了更加稳健的量子比特，但他们承认他们仍有许多工作要做。这种新物质阶段可以产生长期的量子信息存储，但前提是他们能以某种方式将其整合到量子计算机中。

“我们有这种直接的、诱人的应用，但我们需要找到一种方法将其与计算挂钩，”Dumitrescu说道，“这是我们正在努力解决的一个开放性问题。”