研究人員首次成功地，將兩個時間晶體連結在一起

首次，行為表現像是被稱為時間晶體（time crystals）的怪異物質狀態的孤立粒子群，被連結成單一、發展中的系統，可能在量子計算（quantum computing）中會非常地有用。在 2020 年的研究發表了第一次觀察到兩個時間晶體彼此間的互動之後，下一個步驟的目標，是要研究能如何地將時間晶體運用於實際目的上，例如量子資訊處理。

直到 2016 年才被正式發現與確認的時間晶體，曾被認為在物理上是不可能發生的。它們是一種很類似於正常晶體的物質相，但是有多一種特異且非常特別的性質。

在普通晶體中，原子是以固定、三維網格的結構排列，像是鑽石或石墨晶體的原子晶格。這些重複的晶格可以在構型上有所差異，但是它們所呈現的任何運動都完全來自外部推力。

在時間晶體中，原子表現得稍微不一樣。它們隨著時間表現出運動模式，無法很簡單地由外部推力或擠壓而解釋。這些被稱作是「滴答聲」（ticking）的震盪，被鎖定在一個規律且特定的頻率上。

理論上來說，時間晶體在它們最低的能量態，也就是基態時會滴答地震盪，也因此在長時間下是穩定且連貫的。因此，普通晶體的結構是在空間中重複的，而時間晶體的結構是在時間與空間中重複的，因此展現出永久的基態運動。

本研究主要作者，英國蘭卡斯特大學（Lancaster University）的物理學家沙穆里·奧地博士（Samuli Autti）說：「每個人都知道永動機是不可能發生的。但是，在量子物理當中，只要我們閉上眼睛，永動機是可能發生的。藉由潛入這個裂縫中，我們就可以製作時間晶體。」

團隊正在研究的時間晶體包括了稱作磁振子（magnons）的準粒子（quasiparticle）。磁振子並不是真的粒子，但是包含了電子自旋的集體激發，像是一波穿過自旋晶格的波浪。

當氦的穩定同位素，也就是有兩顆質子但只有一顆中子的氦-3，降溫到絕對零度的 1/10000 以內時，磁振子會出現。這創造出了一種稱作 B 相的超流體，也就是低壓的零黏度流體。

在這種媒介中，時間晶體會作為空間上不同的玻色–愛因斯坦凝態（Bose-Einstein condensate）而形成，而每個玻色–愛因斯坦凝態都包含有一兆顆磁振準粒子。

玻色–愛因斯坦凝態是玻色子冷卻到絕對零度以上一點點時所形成的，但不是在絕對零度上，因為在那個溫度上原子都停止移動了。這使得玻色子降回到最低的能量態，移動非常地緩慢，並且聚集得夠近而重疊，因而產生高密度的原子雲，行為表現像是一顆「超級原子」或是物質波。

當兩個時間晶體被允許互相碰觸時，它們會交換磁振子。這項交換影響了每個時間晶體的震盪，創造出了單一個系統，但是能夠選擇在兩個分離的狀態下運作。

在量子物理中，能夠有多於一種狀態的物體，在能夠藉由清楚的量測來明確知道情況之前，存在於那些狀態的混合體中。因此，若具有能夠在兩個狀態的系統下運作的時間晶體的話，就能提供豐富的新選擇，來做為量子技術的基礎。

時間晶體在被部署為量子位元前，還有一段很長的路要走，畢竟還有為數眾多的阻礙得先解決。但是這些片段已經開始到位了。今年初，另一組不同的物理學家團隊宣布，他們已成功地創造了室溫下的時間晶體，而不需要從周圍環境中隔離。

研究人員需要進一步研究時間晶體間更複雜的互動、及這之間的精細控制，正如同在不需要冷卻的超流體之下，觀察彼此互動的時間晶體般。但是，科學家們很樂觀。

奧地博士說：「結果發現，即使時間晶體本來是不應該出現的，但將它們兩個放在一起時，能夠合作地相當漂亮。而我們也已經知道，它們在室溫下是存在的。」