科學(xué)家們可能剛剛找到了一種使用時(shí)間晶體來放大光波的方法。在最近的一篇論文中，一組研究人員宣布他們已經(jīng)找到了一種制造所謂的光子時(shí)間晶體的方法，這種晶體可以放大通過它們的任何光。

　　任何類型的時(shí)間晶體都是絕對(duì)奇異的科學(xué)創(chuàng)造，于 2012 年首次概念化，并在幾年后首次創(chuàng)造。它們是由量子粒子構(gòu)成的全新物質(zhì)相，每個(gè)粒子都有所謂的自旋方向。這些粒子被激發(fā)到一種高能狀態(tài)——它們被卡住——并被激光擊中，這開始了這些粒子的自旋方向來回翻轉(zhuǎn)的過程。

　　這一切都非常復(fù)雜，但關(guān)鍵在于：這種永無止境的自旋翻轉(zhuǎn)不會(huì)消耗任何能量。它完全違反了熱力學(xué)第一和第二定律——你可以在沒有能量的情況下獲得永無止境的變化，同時(shí)也不會(huì)陷入混亂。那是不可能的，所以它們不應(yīng)該存在。但他們確實(shí)如此。這是經(jīng)典物理學(xué)無法解釋量子領(lǐng)域的眾多地方之一。

　　因此，光子時(shí)間晶體是利用這種基于時(shí)間的能量技術(shù)的光學(xué)材料。目標(biāo)是創(chuàng)造一種能夠增強(qiáng)相長干涉的材料——當(dāng)光的波長以一種使它們更亮、更強(qiáng)大的方式相互作用時(shí)會(huì)發(fā)生什么。

　　解鎖這種材料的關(guān)鍵在于將 3D 世界的概念帶入 2D?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)，將維度從 3D 結(jié)構(gòu)降低到 2D 結(jié)構(gòu)使得實(shí)現(xiàn)變得更加容易，這使得在現(xiàn)實(shí)中實(shí)現(xiàn)光子時(shí)間晶體成為可能，”該論文的第一作者、博士后研究員 Xuchen Wang 在一份新聞稿。

　　“在光子時(shí)間晶體中，光子以隨時(shí)間重復(fù)的模式排列。這意味著晶體中的光子是同步和相干的，這會(huì)導(dǎo)致光的相長干涉和放大，”Wang 補(bǔ)充道。

　　除了更容易創(chuàng)建之外，二維時(shí)間晶體在理論上還非常通用，特別是因?yàn)樗鼈兛梢栽谛盘?hào)穿過晶體表面時(shí)增強(qiáng)信號(hào)。研究人員認(rèn)為，它們可以極大地幫助通信領(lǐng)域，最大限度地減少傳輸過程中的數(shù)據(jù)丟失，并提高無線發(fā)射器和接收器的功率。它們還可以使通信的幾個(gè)組成部分更加高效。

　　“當(dāng)表面波傳播時(shí)，它會(huì)遭受材料損失，并且信號(hào)強(qiáng)度會(huì)降低。通過將二維光子時(shí)間晶體集成到系統(tǒng)中，可以放大表面波，提高通信效率，”Wang 在新聞發(fā)布會(huì)上說。

　　現(xiàn)在，我們還沒有特別接近時(shí)間晶體的廣泛應(yīng)用。這些仍然是非常難以創(chuàng)建的對(duì)象，關(guān)于它們的行為，我們還有很多東西需要去發(fā)現(xiàn)?，F(xiàn)在，即使只是制造一個(gè)也常常需要一臺(tái)高科技的量子計(jì)算機(jī)，就像幾年前谷歌創(chuàng)造的那樣。

　　但時(shí)間晶體仍然令人興奮，總有一天，它們可能會(huì)改變世界。