时间晶体听起来像科幻小说里的东西，但它们可能是量子网络研究的下一个重大飞跃。日本的一个研究小组提出了一种使用时间晶体来模拟大规模网络的方法，但是目前这种方法的计算能力非常小。

他们在10月16日的《Science Advances》上发表了他们的研究结果。

2012年首次理论化，2017年观测到，时间晶体是物质在时间上重复的排列。正常晶体，如钻石或盐，在空间中重复它们的原子自组织，但在时间上没有任何规律性。时间晶体自组织并在时间上重复它们的模式，这意味着它们的结构随着时间的推移而周期性地改变。

“对时间晶体的探索是一个非常活跃的研究领域，已经实现了几种不同的实验实现，”论文作者、国家信息学研究所信息学原理研究部教授Kae Nemoto说然而，对于时间晶体的性质及其特性的直观和完整的洞察，以及一套拟议的应用，是缺乏的。在本文中，我们提供了基于图论和统计力学的新工具来填补这一空白

Nemoto和她的团队专门研究了时间晶体的量子性质，它们如何以可预测的重复模式从一个时刻转移到另一个时刻，从而可以用来模拟大型的、专门的网络，例如通信系统或人工智能。

“在古典世界中，这是不可能的，因为它需要大量的计算资源，”来自国家信息学研究所的论文的第一作者之一Marta Estarellas说，“我们不仅带来了一种表示和理解量子过程的新方法，而且还带来了看待量子计算机的另一种方式。”

量子计算机可以存储和操纵多种状态的信息，这意味着它们可以用相对较少的能量和时间处理巨大的数据集，而不是像经典计算机那样一个一个地解决几个潜在的结果。

“我们能用这种网络表示法和它的工具来理解复杂的量子系统及其现象，以及识别应用吗？”尼本问道在这项工作中，我们的答案是肯定的。”

研究人员计划在他们的方法经过实验测试后，利用时间晶体探索不同的量子系统。有了这些信息，他们的目标是提出将指数级的复杂网络嵌入到几个量子比特或量子比特中的实际应用。

Nemoto说：“使用这种带有几个量子比特的方法，人们可以模拟一个相当于整个世界互联网大小的复杂网络。”

参考文献：M. P. Estarellas et al, Simulating complex quantum networks with time crystals, Science Advances (2020). DOI: 10.1126/sciadv.aay8892。