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[EP08_時間也能結晶？科學家發現『會跳舞的量子晶體』
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時間也是晶體? 首先我們得先理解什麼是晶體，晶體是在一空間裡有固定重複排列的結構。比方說像鹽巴，它是Na 和Cl 兩個原子以特定的重複排列而成的晶體。
時間晶體，則是在時間內出現重複有規律的行為！舉例來說，假設你每秒用力推一下鞦韆，一般來說，鞦韆會跟著節奏每秒晃動一次。非時間晶體物質運動會跟你推的頻率有關。但時間晶體不同，你每秒推一次鞦韆。它卻只在每兩秒或三秒晃動一次——就像它「自己選擇了另一個節奏」，打破了你原本給的規律。
像這種「自己有節奏、穩定重複」的行為，在物理學上就叫做「時間對稱性破壞」，也是時間晶體具有的運動特性。
本篇分享的研究藉由實驗證明時間晶體的延伸-離散時間晶體的存在。
或許你會好奇，怎麼又蹦出個離散時間晶體，它又是什麼呢?
離散時間晶體(DTQC)，它是在時間內具有準週期性（quasiperiodic）的運動，所謂「準週期」就是它的節奏看起來有規律，但不是完全重複。
我們可以用熟悉的物質晶體來比較，就能比較能理解:
1.像水晶冰(空間內以H2O規則重複排列，形成結構)-->時間晶體(在時間內用重複運動模式)
2.像雪花(在空間內以不規則排列，但形成結構)-->離散準晶體(在時間內規不規則運動的模式)
實驗中，他們使用氮去轟擊奈米鑽石結構，讓鑽石的碳被氮所取代，而形成氮-空位（NV）中心，也就是具有自旋-1 的人工原子，並透過微波場對其自旋進行精確控制和觀察。由於離散準晶體具有穩健性，不會受干擾而失去離散時間晶體的特性，使得可量化 DTQC 秩序的穩健性，並繪製了其相圖。
而什麼是DTQC的穩健性，簡單的來說，離散時間晶體就像在一首舞曲中跳舞的舞者們，他們手牽著手，跳著2、3種的舞步，但舞步沒有規律、也沒有重複。就算外人推了其中一個舞者一下，也不會影響到他們。 舞者就是量子，手牽著手就是作用力，舞步就是自旋方式。
這項研究除了首次實驗證據量子系統中可以實現長壽命且穩健的DTQC，也打破了我們長久以來都認晶體相的特徵與週期性和長期有序的緊密關聯，研究證明了即使在非平衡態(非熱力學平衡)下，也可以產生超越傳統理解的物質相。這也為未來的量子技術鋪平道路，例如應用於多頻時間參考用於精確測量和訊號處理上。
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*參考文獻:Phys. Rev. X 15, 011055 – Published 12 March, 2025
