量子计算机制造时间晶体入选量子杂志2021年度物理学六大进展

光子盒研究院出品

最近，科普网站Quanta Magazine(量子杂志)评选出了2021年度物理学六大进展，其中两项关于量子计算的研究入选，包括谷歌量子计算机制造时间晶体。

六大进展如下：

如果有足够的时间和数据，大多数异常结果实际上都是统计性偏差，是物理学家白日梦的虚假素材。几十年来，物理学研究已经很少发现新的现象了。但在今年4月，费米实验室的物理学家宣布了一项专门为追踪一种异常现象而设计的实验的第一个结果，该实验涉及一种称为缪子的粒子的内在磁性。他们发现实验值与粒子物理学标准模型的预测相差很大，证实了2001年首次暗示的异常现象。结果表明，可能有更多粒子在我们还不知道的地方飞来飞去——或者更好的是，有全新的物理定律。这一结果与几十年来奇怪的中微子行为相吻合——这一结果使物理学家提出了一个全新的粒子和力的“黑暗地带”(dark sector)，而我们基本上无法进入。

乍一看，时间晶体(time crystal)似乎违反了大自然最神圣的戒律之一：没有什么是免费的。这种于2012年首次被构想出来(以略微不同的形式)的物体，将永远在两个不同的状态之间来回翻转，不会损失或获得能量。(激光触发了这种变化，但时间晶体不会从激光吸收任何净能量。)今年夏天，研究人员宣布，他们终于使用谷歌的量子计算机之一创造了它。这样，他们创造了一个新的物质阶段——第一个失衡阶段，也是第一个自发打破时间平移对称性的物体。除此之外，这似乎违反了大自然最珍视的法则之一。“结果令人惊讶，”该论文的合著者Roderich Moessner说。“你避开了热力学第二定律。”麦克斯韦妖会感到骄傲的。

研究银河系的一个问题是，我们被困在了它里面。这使得很难判断夜空中的亮点是一个真正巨大的星系大小的结构，还是一个相对近距离观察的恒星大小的亮点。几十年来，天文学家一直认为这样的亮点来自附近的物体——也许是很久以前的超新星残骸。但最近对X射线数据的分析发现，银河系的另一侧有亮点，这一亮点有助于追踪一对4.5万光年高的星系大小的气泡。天文学家怀疑，这些气泡可能是数百万年前爆发的证据——一团被吞噬了一半的气体云的碎屑，冒险靠近银河系的超大质量黑洞。

量子计算是出了名的困难，因为构成量子处理器的单个量子比特非常脆弱。这就是为什么许多人对一种潜在的量子计算方法感到兴奋的原因，这种方法使用坚固的“拓扑”量子比特——信息不可避免地编织到其物理结构中的量子比特。近年来，各种研究团队发表了论文，声称在实验室中创造了这些量子比特。但是现在争议已经席卷了这个领域。其他现象可以令人信服地伪装成这些拓扑量子比特之一，独立的研究人员对他们所看到的任何东西都不相信。随后论文撤回了。虽然拓扑量子计算领域仍有希望，但这项任务比研究人员最初想象的更加困难。

一张新的、更详细的位于M87星系中心的黑洞图像，解决了一个存在几十年的问题：那些锚定异常星系的超大质量黑洞是如何将数千光年的物质和能量喷射到太空的？M87图像揭示了黑洞周围强大的螺旋磁场——这是44年前称为Blandford-Znajek过程的喷射形成模型的关键成分。今年，研究人员今年还首次发现了一个令人信服的中等大小的黑洞，这个黑洞比超大质量锚小但比恒星大小的壳体大。有了新的搜索策略，研究人员希望55000个太阳质量的发现将是众多发现中的第一个。

历时30年耗资100亿美元的詹姆斯·韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope)已在圣诞节当天发射。接下来一个月左右，望远镜将执行一个复杂而危险的展开过程，因为它将前往遥远的目的地——一个远在月球之外、人类无法对其维修的地方。但是，如果它成功了——每个天体物理学家的手指都交叉在一起——它将揭露130亿年来正在酝酿中的宇宙秘密。

参考链接：

https://www.quantamagazine.org/the-year-in-physics-20211222/

—End—

相关阅读：

光子盒将为中国境内的研究机构和企业提供一个免费的垂直招聘信息发布渠道，欢迎有需求的机构或企业直接联系光子盒。（微信：Hordcore）

你可能会错过：