复杂二维时间晶体构建成功：科研新突破解析

来源：科技日报

科技日报记者 刘霞

来自西班牙某国际物理中心的科学家团队，借助超导量子计算机成功构建出迄今最为复杂的时间晶体结构，为未来新材料设计探索出一条全新的技术路径。这项突破性的研究成果已发表于最新一期的《自然·通讯》学术期刊。

时间晶体是一种在时间维度上周期性重复的特殊量子态。就好比普通晶体中的原子在空间中规则排列，时间晶体则是在时间中不断“自我循环”，仿佛一台永不停歇的钟摆。这种看似有悖直觉的现象，一度引发科学界对物理定律的广泛讨论，但近十年来，研究人员已在实验中多次成功制备出时间晶体。此次，该团队借助IBM的超导量子处理器，创造出了前所未有的二维时间晶体，将这一领域的结构复杂度提升到了全新的水平。

此前的时间晶体结构大多为一维，形如一条原子链。而此次研究使用了144个超导量子比特，它们以蜂窝状网格排列，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。随着系统的时间演化，整个结构自发进入了稳定的周期性振荡状态，这正是时间晶体的核心物理特征。

团队不仅实现了更高维度的构造，还绘制出了整个系统的相图——即不同参数条件下物质状态的完整分布图。正如水的相图能揭示其固、液、气三相的转变条件，这种相图的建立为深入理解复杂量子材料提供了至关重要的理论工具和分析路径。

尽管实验完全基于量子硬件完成，但受限于当前设备的噪声与误差，后续研究仍需结合传统计算方法进行交叉验证。参与该项目的IBM科学家杰米·加西亚指出，这场发生在“经典计算”与“量子模拟”之间的深度对话，正是通向未来新材料设计范式变革的关键一步。

他强调，此模型的复杂程度已超出传统计算机通过近似求解所能处理的极限；而量子计算机虽潜力巨大，当前技术却尚未臻于完善。正因如此，两种方法的互补协作，有望推动我们对量子世界产生更加深刻与本质的理解。

中国科学院大学博士生导师黄飚表示，对二维时间晶体系统进行精确的数值模拟极其困难，未来研究的重点将锚定于拥有数百个量子比特的大规模量子模拟平台。这一突破不仅是量子物质探索领域的重大进展，更有望在量子计算与量子传感中的奇异态研究之间架起桥梁，开启跨领域创新应用的全新可能。