弗兰克·维尔切克是麻省理工学院物理学教授、量子色动力学的奠基人之一。因在夸克粒子理论（强作用）方面所取得的成就，他在2004年获得了诺贝尔物理学奖。维尔切克认为，超越标准模型的新理论不会带来新的技术革命，但是，通过全新或是更加深入的方式理解现有的理论依然能带来新的技术，这同样是令人激动的探索。尽管年近七旬，但弗兰克·维尔切克依然对世界或者说宇宙充满好奇。
正是因为好奇心的驱使，维尔切克在近半个世纪，一直身处物理学的最前沿，探索着宇宙的本质。1973年，维尔切克发现了渐进自由理论，这个描述夸克间强相互作用的理论成为量子色动力学的基石，维尔切克也因此获得2004年的诺贝尔物理学奖；后来维尔切克又相继提出了轴子和任意子的概念；2012年，维尔切克又提出并命名了时间晶体——一种全新的奇特物质状态，这一概念在2018年得到了多个实验的证实。
在维尔切克看来，这些年来，他探索的方向没有发生转变，而是在不断延伸。从渐进自由理论，到暗物质候选粒子轴子，再到对量子多体物理的深刻洞见，维尔切克还在物理的世界里不断拓展和创新。时间晶体之后，维尔切克还会给现实世界带来什么？让我们一起听听他的答案。《环球科学》：你在本期的封面故事中提到，时间晶体可以用于制造更精准的时钟。为什么基于时间晶体的时钟，可以比目前的原子钟更精准？
维尔切克：我并不是要完全重新造一个更精确的时钟。原子钟的精度已经非常高了，通过长时间的实践，人们已经对它进行很多改进和提高。因此，我们并不需要重新制造一种时钟，而是在原子钟的基础上进行改进就行了。简单地说，原子钟是基于对单个原子的运动非常精细地观察和调控。我们想做的，是将几个或者更多的原子制备成一个时间晶体。这样原子振动的稳定性就增强了。另一种候选方案是，利用约瑟夫森效应来打造非常精确的时钟。
目前，这个类型的时钟的稳定性还不足以与原子钟媲美，但我们可以想象将多个约瑟夫森结耦合起来形成一个时间晶体。类似地，相比于单个约瑟夫森结，稳定性会得到大幅提升。人们正在开展这方面的研究。《环球科学》：可以谈谈时间晶体时钟的应用场景吗？维尔切克：量子计算机需要精确的量子时钟。计算机包括量子计算机一般都是按照时序完成一系列操作，其中的许多单元需要在同一时间完成多个步骤。
所以在设计计算机时，至关重要的一点是它需要确保不同单元能同步工作。因为量子计算机很脆弱，同步会带来新的问题。由于某种原因，为量子计算机设计合适的高精度时钟被忽视了。时间晶体或许能在这里帮上忙。当然，基于时间晶体的时钟，还是一个刚刚起步的研究领域。目前，科学家还没有真正造出时间晶体时钟。我们正在从时间晶体角度重新审视基于约瑟夫森结的时钟，希望实现进一步的提升。
美国国防部高级研究计划局（DARPA）正在资助时间晶体的研究，希望得到更精确或是更便捷的时钟，继而用在GPS或其他场景中。对于时间晶体时钟今后的发展，我充满了期待。