然而 ， 仅减少对称性并不能构成时间晶体 。 晶体中的连续平移对称破坏是自发的 ， 通过Floquet驱动的对称破坏是由耦合到激光引起的 。 因此 ， 任何由floquet驱动系统构建的时间晶体必须自发地打破其从驱动机制继承的离散平移对称性 。
在Floquet驱动的系统中 ， 这通常是通过称为周期加倍的现象来完成的 ， 在这种现象中 ， 系统陷入一个常规周期 ， 其周期是管理它的进程周期的两倍 。 周期倍增也不能保证时间晶体 ， 当它与floquet驱动的多体系统结合时 ， 它所做的就是使时间晶体的秩序成为可能 ， 但也有一个严重的缺陷 。
在大多数Floquet系统中 ， 驱动激光在每个循环中给系统提供能量 。 当系统吸收这些能量时 ， 它的温度和熵都会增加 。 最终熵的随机性压倒了任何包含在空间或时间相关性中的信息 ， 系统不再表现出任何秩序 。
多体局域化（MBL）然而 ， 有一类特殊的物理系统通过回避熵的影响克服了这个问题：多体局域化 。 “局域化”一词广义上是指粒子或物理性质在其运动中受到限制的一组现象 ， 这种限制往往源于无序 。 例如 ， 在以诺贝尔物理学奖得主菲尔·安德森命名的安德森局域化中 ， 晶格中的无序状态使电子无法移动 ， 否则这些电子可以自由地从晶格中的一个原子移动到另一个原子 。
理想的晶体由均匀的原子核组成 ， 从而形成规则的晶格结构 ， 而在实际中 ， 晶体可能散布缺陷 。 这些缺陷在不同方向推动和拉动电子 ， 形成复杂的势能格局 ， 其中深而窄的沟槽充当陷阱 。
安德森也提出了MBL ， 它是一种发生在相互作用量子系统中的特殊类型的无序诱导局域化 。 当多体系统受到少量随机性影响时 ， 这些扰动会破坏全局对称性 ， 如空间平移不变性 。 然而 ， 一旦无序程度超过某一阈值 ， 一组新的局部对称性就会出现 ， 将粒子冻结在原地 。
MBL系统中的粒子陷入强多体无序状态 ， 无法吸收能量 。 粒子之间的相关性从一开始就固定 ， 而熵保持不变 ， 勉强满足热力学第二定律 。 关键的是 ， 系统永远无法达到热平衡 。
量子计算机作为实验室在过去的几年里 ， 时间晶体开始了从理论模型到实验现实的旅程 。 然而 ， 之前的每一个实验演示 ， 无论是在实现和验证方面 ， 都有一些不足之处 。 首先 ， 由NV中心或捕获离子组成的平台缺乏构建Floquet和MBL系统所需的一些基本成分 。 更糟糕的是 ， 即使这些平台能够承载时间晶体秩序 ， 也无法证明它的存在 。 结果 ， 之前的实验远远没有将时间晶体确立为物质的一个阶段 。
然后 ， 在2020年 ， 赫马尼和她所在的斯坦福大学博士后马特奥·伊波利蒂发现了一个机会 。 虽然量子处理器可以像经典处理器一样运行算法和传统计算 ， 但它们也提供了其他东西：对量子世界前所未有的编程控制 。 谷歌的Sycamore处理器具有现场分辨率测量和可调交互 ， 使研究人员能够系统地在奇异的物理系统上运行“实验” 。
发表在《自然》杂志上的最新研究中 ， 研究人员首先重建了赫马尼最初的Floquet-MBL模型中的条件 ， 将Sycamore的量子位排列成一个链 ， 并用微波脉冲将邻近的量子位耦合在一起 ， 从而推动它们的进化 。 谷歌量子AI团队编程了量子处理器 ， 并严格测试了时间晶体在各种条件下的稳定性 。
【谷歌量子计算机创建时间晶体登上Nature，三千字长文详解】研究人员检查的要点之一是 ， 所有量子自旋的初始配置都要发生周期加倍 。 物质相的第二个要求是 ， 当系统变得任意大时 ， 秩序必须继续存在 。 最后 ， 物质的任何阶段也必须在任意长的时间内表现出稳定的秩序 。 当然 ， 任何真实的实验 ， 无论是在量子计算机上还是在传统实验室里 ， 都有有限的时间 。
总之 ， 这些实验支持了时间晶体是物质真正的非平衡相的观点 。
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