时间晶体引发的争论


2012年,美国麻省理工学院的维尔切克(Wilczek)教授写了两篇论文, 提出可能会存在一种的物质形态,时间晶体。所谓时间晶体,是与空间晶体相对应的,在时间上自发的周期性变化的物态。这种物态应该是系统的基态,非常稳定。 读到他的预印本论文后,我们非常兴奋,很快就提出了一个在实验室中可以实现的时间晶体模型,并把时间晶体的概念进一步的推广到时空晶体。幸运的是,我们的论文与维尔切克的论文最后一起在同一期的PRL上发表了,编辑还把我们的论文中有关时间晶体的示意图选为当期的封面。能与诺贝尔物理奖获得者维尔切克教授就同一个问题在同一期PRL上发表论文,我们感到非常的荣幸。

学术上,一个新的概念提出后,引发的往往是质疑和争论,而不是鲜花与掌声。时间晶体就是一个最新的例子。很快,时间晶体就引起了巨大的争议。法国的布鲁诺(Bruno)教授写了两篇质疑论文发表在PRL上,分别质疑维尔切克我们的论文。后来他还专门写了一篇论文,提出了一个定律来否定时间晶体的存在性。我们的答复很遗憾没有发表在PRL上,只得贴上arxiv供大家参考。

虽然有很大的质疑,我的合作者,加州大学伯克利分校的张翔教授李统藏博士他们还是申请到了足够的经费来验证理论方案,他们扎扎实实的开始做实验了。维尔切克也发表了新的论文来支持时间晶体。实际上,大家对时间晶体的定义本身还没有完全达成一致。虽然时间晶体这个概念很吸引人,可是巨大的争议也让很多人对此望而却步。

学术界对此似乎沉寂了一段时间。可就在这个十月,一下子又出现了四篇论文来讨论时间晶体。其中一篇论文仔细的讨论了概念的定义问题,并由此反对时间晶体的存在性。另外一篇论文讨论了时间晶体自发对称性破缺,提出了一个现实的模型支持了时间晶体可能存在。

这 些后继的讨论文章我都读了,作者大都是学界的大牛。我们的工作能够成为这个巨大争议话题的一部分起源,我很荣幸,也很兴奋。学习思考与之相关的理论,思考 这个争议性的概念,让我学习了更多的丰富和鲜活的物理。我的研究兴趣也越来越多的偏向于量子物理的基本概念,比如说薛定谔猫态。有时候我也怕,总研究这些 争议性的题目,会走偏了。所以我给自己定下规定,不做太多概念的纠缠,研究真实的物理系统,促进在真实物理系统中看到这些新奇的量子物理现象。

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交叉信息院段路明研究组于《自然》发文 在量子计算研究方面取得突破 zz


http://iiis.tsinghua.edu.cn/zh/show-4072-1.html

清华大学交叉信息研究院段路明教授研究组在量子计算研究领域取得重要进展,首次在常温固态系统中实现了抗噪的几何量子计算。抗噪是实现量子计算的核心问题,通过利用一种新型的计算形式——几何量子计算,段路明研究组在常温金刚石系统中实现了更能抵御噪声影响的量子计算,该成果的研究论文Experimental Realization of Universal Geometric Quantum Gates with Solid-state Spins(《利用固态自旋实验实现普适几何量子逻辑门》)近日发表于国际著名期刊Nature(《自然》)上。

现代社会需要强大安全可靠的信息处理能力。基于量子物理原理的量子计算提供自动并行计算,并行程度随着比特数目按照指数函数形式爆炸式增长,因而它具有经典计算机无法比拟的计算能力和安全性能。实现量子计算机是各国竞争的一个科技制高点。

常温固态系统具有可规模化和可集成化的优点,它为经典计算机提供硬件技术基础,也是实现量子计算机的理想系统。然而,常温固态系统具有很强的噪声,与经典计算不同的是,量子计算对噪声的影响异常敏感,因此抗噪成为实现量子计算机的核心问题。

为了更好地抵御噪声的影响,段路明研究组首次在常温固态金刚石系统中,实验实现了一种新型的量子计算——几何量子计算。量子态的演化被映射为一个几何体在高维空间的变换,几何变换具有整体性的特点,噪声的起伏被平均化,因此几何量子计算的抗噪性能明显提高。金刚石虽然光彩夺目,但显微镜下细看总有一些微小的光学缺陷,缺陷周围会束缚一个电子自旋和一些核自旋,这些单电子自旋和核自旋提供了实现量子计算的理想物理载体­——量子比特。通过一个巧妙的方案,段路明研究组利用激光、微波和射频波对金刚石样品中的这些量子比特进行几何调控,在常温下实现了高保真度的普适量子逻辑门。普适量子逻辑门是量子计算的单元,其组合即能实现任意的量子计算。

该论文的第一作者祖充是交叉信息院在读博士研究生,其他作者包括交叉信息院博士研究生王玮彬、王飞,博士后何丽,以及本科生张文纲、戴澄宇。此项研究结果是清华大学量子信息中心近期取得的研究进展之一。2011年,在姚期智教授领导下,清华成立量子信息中心,致力于量子计算和全量子网络的研究。姚期智教授是计算机科学最高奖“图灵奖”的唯一华裔得主,也是量子计算研究的理论开创者之一。密歇根大学费米讲席教授段路明受聘为清华姚期智讲座教授,负责清华量子信息中心物理实现团队的组建。几年来,清华量子信息中心建立了固体量子计算、离子量子计算和光量子网络等多个实验研究平台,在量子信息领域已取得重要研究结果,迅速成长为具有国际影响的量子信息研究基地。

此项目获得科技部和教育部的研究经费支持。

论文链接参见:http://www.nature.com/nature/journal/v514/n7520/full/nature13729.html