2026 年 7 月,中国科学技术大学(中科大)史保森团队在 arXiv 发表了一项让整个量子物理圈都坐直了身体的实验:他们在里德堡原子气体中,首次观测到寿命超过 16.95 小时——接近一整个工作日加一夜——的”连续时间晶体”(continuous time crystal, CTC)。这一次,跳动的节奏不再以毫秒、微秒计,而是以小时计。
这不是又一个”理论上早就预言、实验上勉强做个几百毫秒”的演示。时间晶体之所以迷人,是因为它打破了”时间平移对称性”:给系统一个稳定输入,它不会停在固定状态,而是会自发进入一段永不停息的振荡,像一颗永远不落到地面、却始终在振动的原子心脏。问题在于,以前所有实验里,这种”永动”都撑不住外部加热的噪声,几毫秒到几分钟就衰减殆尽。这一次,16.95 小时。
一、它到底是什么:不靠外驱动的”自心跳”
普通时钟要靠外部驱动——电池、交流电、震荡电路——才能走起来。而连续时间晶体是一种”非平衡量子相”,在没有周期性外部驱动、只是稳定泵浦的前提下,系统自己会自发地沿时间维度出现振荡节奏。它的相位被锁定,但振幅在系统内部反复重构。
把这种”自心跳”的鲁棒性,等同于普通晶体里”原子整齐排列、不在乎时间往前走”的对称性破缺。它不是永动机——能量仍在持续供应——但它的内部时钟比外界稳得多,而且寿命远超过去的任何同类。
二、为什么”16.95 小时”是一个数量级的跃迁
过去的连续时间晶体实验,典型寿命在毫秒到秒之间,极少数能撑到几分钟。一旦加热超过阈值,系统会从”稳定的极限环”滑出去,振荡被噪声吞没,时间晶体被”融化”。
这个团队的做法有三件套:长程里德堡相互作用给整个原子气体加上一条”集体协同”的轨道;精心设计的耗散环境把噪声转化为冷却剂而非破坏者;以及关键理论上的Liouvillian 谱隙接近关闭——也就是说,系统在数学上贴边走在”非平衡相边”上,振荡的衰减指数被压到极低。
三件事叠在一起,极限环寿命从过去的”分钟级”被推到”小时级”,整整提升了 3 到 4 个数量级,也让”非平衡相”这个听起来抽象的量子力学概念,第一次有了可以室温液氮温度做一整夜的实验空间。
三、它意味着什么:量子感知的”超稳刻度”
连续时间晶体有”自心跳”,意味着它本身就是一个高纯度、低噪声的内部参考源。
作者在结尾明确点出两条可能的应用线:量子传感——把这种长时间相位稳定当作探测微小扰动的本征尺子,可探测重力变化、磁场漂移、引力波等极弱信号;连续时间量子信息处理——以振荡为基本时钟组织量子比特操作,绕过传统脉冲控制的时间抖动限制。
除此之外,这种”长寿命非平衡相”也是检验非平衡统计物理、新一代凝聚态理论的天然沙盒——毕竟以前根本没有实验平台能”看一整夜一个相变如何维持”。
论文摘要原话:Through systematic optimization, we achieve an oscillatory lifetime exceeding 16.95 hours — orders of magnitude longer than previous CTC realizations.
它告诉我们的下一步
如果接下来能在别的平台——光晶格、超冷分子、囚禁离子——重复出类似寿命,把”小时”推到”天”甚至”月”,我们会重新定义什么叫”非平衡的稳态”。那一天,”永不停止的量子钟”就不再是比喻,而是实验室里一个正在自振荡的原子气体——它不需要任何人按下”开始”键,也不会自己按下”停止”键。
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