物理学家通过“闪烁”效应创造出不可能存在的物质

这里的张力在于我们现有技术的脆弱性。目前，我们正试图利用那些出了名“喜怒无常”的材料来制造量子计算机。如果一个杂散的热分子哪怕只是触碰到一个量子位（qubit），整个系统就会崩溃。通过创造这些奇特的、随时间变化的态，Powell 和他的学生研究员 Louis Buchalter 找到了一种使量子系统显著更稳定的方法。事实证明，如果你能让物质保持一种持续、有节奏的变化状态，外部噪声就更难破坏它。

量子世界的“频闪灯”效应

要理解 Powell 和 Buchalter 的成就，你必须停止将物质视为一种固体、静止的东西。在量子层面，一切皆为振动。通常，这些振动会沉淀进一种可预测的槽位中。Floquet 工程本质上就是用能量的“频闪灯”（在本例中为变化的磁场）照射材料，强迫这些振动进入一种新的、奇特的模式。这就像拿一堆沙子，通过特定频率的振动地板，让沙粒不仅停留在那里，还能悬浮成大教堂的形状。

Cal Poly 的团队使用了一种他们称为“磁通量切换 Floquet 工程”（Flux-Switching Floquet Engineering）的工艺。这听起来像是 90 年代中期科幻翻拍片里的东西，但其力学机制植根于一种反映高维系统的数学组织原理。通过用定时的磁场变化来驱动系统，他们解锁了“拓扑保护”的量子相位。用通俗的话说，这意味着物质的状态被其自身的几何结构锁定了。你很难破坏它，因为其存在的形态本身就阻止了它的解体。

这对计算的未来意义重大。功能性量子计算机面临的最大障碍之一是“噪声”——即导致错误的各种环境干扰。如果我们能用这些受驱动的、奇特的态构建量子位，我们不仅能提高它们的速度，还能增强它们的稳健性。我们正在从用玻璃制造计算机转向用钢筋制造计算机。但代价是能源。你必须保持系统处于“驱动”状态，才能让这种物质持续存在。一旦你停止闪烁，魔术就会失效，物质就会消失，回归其平庸的静态本质。

为什么这个晶体内部会有幽灵光子？

量子自旋液体这个术语有点用词不当。它并不是潮湿的。“液体”指的是晶体内部原子的磁矩（即自旋）。在普通的磁铁（比如你冰箱上的那种）中，这些自旋都指向同一个方向或遵循整齐的模式。而在量子自旋液体中，即使在绝对零度下，自旋也处于一种完全、狂躁的无序状态。它们是“受挫的”，意味着它们永远找不到一个舒适的地方安定下来。因为它们在不断运动和纠缠，它们产生了“幽灵”粒子——这些激发态的行为与光完全一样，但只存在于材料的限定范围内。

我们真的能使用这些不按常理出牌的物质吗？

Cal Poly 的闪烁物质与 Rice 大学的幽灵光子之间的共同主线，是对经典物理学的彻底摒弃。我们正在进入一个不再问材料“是什么”，而是问它在被推向极限时能“做什么”的时代。这也延伸到了 石墨烯 上。研究人员最近观察到 石墨烯 中的电子像几乎无摩擦的液体一样流动，挑战了一个认为电子应该像单个弹珠一样乱窜的基本物理定律。相反，它们的移动方式更像蜂蜜——如果蜂蜜能以光速流过管道且从不被卡住的话。

此外还有准晶体。40 年来，我们一直难以理解这些看起来有规律但从不重复的材料。它们是量子世界的马赛克——美丽、复杂且看似不可能。密歇根大学的科学家们终于破解了它们的生长密码，揭示了它们介于有序和混沌之间的状态。就像 Floquet 态一样，准晶体代表了一种本不该存在的中间地带，为盐晶体可预测的世界与气体的彻底随机性之间架起了一座桥梁。

其工业意义是惊人的，但我们必须现实一点。我们明年不会拥有由 Floquet 驱动的智能手机。Ian Powell 最先承认，其最直接的相关性在于量子模拟和研究。从 Cal Poly 的实验室到深圳的制造工厂，这条路漫长且铺满了失败的实验。但概念性的高墙已经被踢倒。我们现在知道，如果我们无法找到特定技术所需的材料，或许可以通过磁场简单地将它“振动”出来。

科技的未来仅仅是一次恰到好处的振动吗？

如果你正坐在公共汽车上阅读此文，你手中拿的设备可能由硅、铜和塑料制成——这些都是我们研究了一个多世纪的材料。下一次飞跃不会是这些材料的改进版，而将是某种感觉像魔法一样的东西。我们正展望一个硬件由“随时间变化的场”驱动的世界，在那里我们的能量通过幽灵粒子穿过晶体，我们的计算机由在断电时在技术上并不存在的物质状态构成。

一个讽刺的事实是，我们对宇宙的基本构建模块了解得越多，就越意识到我们所利用的太少了。我们过去只用了三个琴键来弹钢琴。Floquet 工程和 3D 自旋液体的发现就像有人终于打开了琴盖，向我们展示了剩下的 85 个键。它很混乱、很复杂，而且打破了我们认为坚不可摧的大多数规则。但正如 Louis Buchalter 在实验室工作后所言，研究很少是一个直截了当的过程。这关乎坚持，以及看着磁场并思考“如果我以比任何人预想的更快的速度拨动开关会发生什么”的意愿。

未来十年的物理学研究重心将不再是发现元素周期表末端的新元素，而是关于我们能在它们之间的缝隙中创造出的那些怪异的、闪烁的、受挫的和无摩擦的状态。我们不再仅仅是物理世界的观察者，我们是它的编辑，实时重写物质的代码，一次一个磁脉冲。物理定律没有改变，但我们绕过它们的能力确实改变了。而在“现实”与“可能”之间的鸿沟中，下一次技术革命正在振动中诞生。