物理学家们创造出一种新的物态形式，这种物态也许是发展新型量子机器的钥匙。我们的世界有丰富多彩、各种各样的物质态。这些不同的物质态，是由它们的对称性来区分的。例如液态具有最高的对称性，平移任何距离都把液态变成它自己。而晶体则有较低的对称性，只有在平移某一个特定的距离时，晶体才保持不变。晶体中这一平移对称性的破缺，正对应于晶体中原子在空间的各种各样的分布图案。
这一对称性破缺的看法，使我们对晶体的结构，有了一个深刻的理解。我们甚至可以利用晶体这些较低的对称性，对所有可能的晶体形态，作一完全分类。比如在三维空间，我们只有230种不同的晶体形态。液体和晶体在时间上都有很高的对称性，时间平移任何时段它们都不变。也就是说，液体和晶体，都是不随时间变化的稳定态。那我们有没有在时间上平移对称性破缺的物质态——时间晶体？（所谓时间晶体，就是在时间上自发产生振荡。
）答案是有，而且时间晶体（时间上的自发振荡）是一个非常常见的现象。一个老式的摆钟，上了发条之后，钟摆就会自己周期性摆动，产生自发振荡，这就是一个时间晶体。任何电子表、智能手机中，都有一个电子振荡器。电子振荡器也是一个时间晶体。可为什么这篇文章把时间晶体称为新发现呢？实际上，这篇文章讲的，是一个不发热的时间晶体。自发振荡不是新现象，不发热才是新现象。
网上很多介绍时间晶体的文章，只强调自发振荡这一旧的现象，却没有（或很少）强调不发热这一新现象。所谓不发热，就是不消耗能量。通常大家认为任何运动都会产生摩擦力，都会发热并消耗能量。所以，一个不产生摩擦力的自发振荡，的确是一个令人惊奇的发现。在某种意义下，一个不发热的时间晶体也可以看成是一个自发振荡永动机。另外，不发热，就是不破坏量子相干性。这一不破坏量子相干性的操作，也许在量子计算中会有很多用处。
这篇文章介绍了哈佛一个研究小组的工作。之前其它几个研究小组也有类似的发现。传统上的晶体指的是三维格子上原子们简单的周期性排布，盐、糖，甚至钻石都属于此类。而时间晶体则在原子的空间周期性的基础上，再加上第四个维度的周期性——这意味着特定条件下，这些在材料中的原子在时间上也会出现周期结构。
由哈佛大学物理学教授Mikhail Lukin和Eugene Demler领衔的团队制造出了一个量子体系，其用一小片金刚石制成，上面嵌有数以百万计原子尺度的杂质——氮-空位（记为NV）色心。然后，他们用微波脉冲迫使这个系统脱离平衡，造成NV色心的自旋以非常准确的间隔翻转——这是时间晶体的关键标志之一。这个工作发表在3月8日的《自然》（Nature）杂志上。
文章的通讯作者Lukin表示：“制造出时间晶体的重要意义不只是证明了一个‘以前只存在于理论上’的材料是能实现的，而更是因为它给物理学家打开了一扇诱人的窗口，帮助我们研究非平衡态系统的行为。”理解这种非平衡态系统不仅能从长远角度帮助研究人员走上量子计算的道路，制造出这一时间晶体背后的技术或许还能带来很多近期的应用。
Lukin说：“我们认为这个技术在一个领域可能会派上用场，这就是精确测量领域，这也是我们这个工作的最初动机之一。”然而，在一开始，很多人怀疑这类系统根本不可能被制造出来。事实上，几位学者已经证明，在平衡态时，一个量子系统是不可能成为时间晶体的。一种最常见的非平衡态材料，就是很多人日常会穿戴的东西——钻石。作为一个碳在极高温高压条件下形成的晶体形式，钻石之所以不常见，就是因为它是亚稳态的。
这意味着一旦它形成这种晶体形式，就会保持这种状态，即便在去掉高温高压条件以后。Lukin说，一直到最近，研究者才意识到非平衡态系统，特别是那些“可驱动”的系统（即研究者能用周期性能量脉冲“驱动”的系统），能展示出时间晶体的特质。这些特质中的一种，就是晶体对扰动的反应在时间上是稳健的——即有抵抗扰动的倾向。
为了制备这样一个系统，Lukin和他的同事们从一小片金刚石下手，这片金刚石上嵌有非常多的NV色心，以致于它看起来不是透明的了，而是黑色。为了测试系统的稳健性，Lukin和他的同事们改变了脉冲的时间，去看这材料是否能保持时间晶体一样的响应。
这类系统或许最终会对量子计算机和量子探测器的开发产生决定性的作用，Lukin说，因为它们让我们看到，较长的量子记忆时间和非常高的量子比特密度这两个决定性的性质，是可以共存的。