科学家造出新物态，存在两个时间维度

科学家称造出一种全新的物质型态，“把两个时间维度压入同一个时间方向上”，专家称这有助于增加量子比特的稳定性，减少错误的产生。

图为时间在量子领域具有奇特属性的概念图

量子比特是制造量子计算机的基础单元。为了让信息在量子处理器内准确地传递，现有的技术通常要把量子比特置于极低的温度下，比如接近绝对零度（零下460华氏度，即约零下273摄氏度），并且还要排除无序磁场的干扰和量子比特之间不必要的影响。

这些因素都会增加量子比特出错的概率，所以提高量子计算机的准确性是现在量子计算机研究领域要突破的一大难关。这份研究的作者提出，他们所发现的新物质态就是解决这个问题的潜在方案。

他们究竟发现了怎样一种新物质态？这份7月20日发表于《自然》（Nature）杂志的研究的作者在给Motherboard的一封电子邮件中解释说：“尽管他们研究的是新的物质态，但是这和人们熟悉的像固态、液态和气态这些常规物质态在很多方面都不一样。”

主要研究者之一加拿大英属哥伦比亚大学（University of British Columbia）的物理学助理教授安德鲁·波特（Andrew Potter）说：“当代人们对物质态的认知是，把物质态定义为物质可以自由移动而不会发生相位的转变。例如，固态（物质）受热时不会立即变成液体，只有当受热到超过某个临界温度时，才会融化。”

波特解释说，他们不从温度的角度研究对物质态的影响，而是从时间的角度研究物质维持在一个相位内所需的时间边界。他们造出了一种“动态拓扑相位”。在这种相位（物质态）下，量子系统的错误就像普通物质遇到的温度一样，成为改变物质态的条件。

这份研究进行的实验展示，当量子比特稳定在这个物质态下时，至少能屏蔽特定的一类错误。而要使物质维持在这个状态，需要一个很特殊的条件：同时具有两个时间维度。

研究称，他们利用一种基于斐波那契数列（Fibonacci sequence）的准周期激光脉冲照射量子比特，能够把量子比特稳定5.5秒的时间。相比之下，用普通规律周期的激光脉冲，只能使其稳定1.5秒的时间。

波特说：“斐波那契数列是一种不会重复、但又不完全随机的序列。它使得量子系统出现了两个独立的时间维度。”

斐波那契数列可以产生一种准周期的脉冲规律。这和物理学上另一种奇特的物体——准晶体有着很相似的特点。

准晶体是一种非常特殊的晶体。其内部具有普通晶体（例如蜂窝）那样对称的结构，但是却没有重复性的规律，或者说不具有平移的对称性。研究称，这是因为准晶体实际上是把高维度的形式压缩到一维或二维的形式展现。

研究称，就像准晶体隐藏了额外的维度一样，准周期脉冲也隐藏了额外的时间维度。波特说：“这实际上让我们把两个时间维度压缩在同一个时间方向上，使得我们可以稳定量子比特。”