最复杂二维时间晶体成功构建
发布时间: 2026-02-02 10:20:47
科技日报北京1月29日电（记者刘霞）西班牙多诺斯蒂亚国际物理中心科学家利用超导量子计算机，成功构建出迄今最复杂的时间晶体，为新材料设计提供了新途径。相关成果发表于新一期《自然·通讯》杂志。
IBM量子计算机外观，类似本次用于制造时间晶体的装置。图片来源：IBM研究实验室 所谓时间晶体，是一种在时间维度上周期性重复的特殊量子态，正如普通晶体中的原子在空间中有序排列，时间晶体则在时间中“自我循环”，仿佛永不停歇的钟摆。这一看似违背直觉的现象曾引发对物理定律的质疑，但近十年来，科学家已在实验中多次实现时间晶体。借助IBM的超导量子处理器，研究团队此次创造出前所未有的二维时间晶体，将该领域的复杂度推向新高度。
此前的时间晶体多为一维结构，形如一条原子链。而此次研究使用了144个超导量子比特，以蜂窝状网格排布，每个比特模拟一个量子自旋，彼此之间可通过编程调控相互作用强度。随着时间演化，系统自发进入稳定的周期性振荡状态，这正是时间晶体的核心特征。
团队不仅实现了更高维度的构造，还绘制出了系统的相图——即不同参数下物态的完整分布图。这如同水的相图揭示其固、液、气三态转变条件，相图的建立为理解复杂量子材料提供了关键路径。
尽管实验依托量子硬件完成，但受限于当前设备的噪声与误差，研究仍需结合传统计算方法进行校验。IBM科学家杰米·加西亚表示，这场“经典”与“量子”之间的对话，正是通向未来新材料设计的重要一步。
他强调，这项模型之复杂，已超出传统计算机无近似求解的能力；而量子计算机虽具潜力，却尚不完美。正因如此，两种方法的互补协作，有望推动对量子世界更深层的理解。
中国科学院大学博士生导师黄飙表示，二维系统的数值模拟极其困难，拥有百量级量子比特的大规模量子模拟，将成为未来研究的锚点。这一突破不仅是量子物质探索的重大进展，更有望桥接量子计算与量子传感中的奇异态，开启跨领域应用的新可能。
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