劍橋大學的研究人員使用計算機建模來研究潛在的新物質相，即預熱離散時間晶體(DTCs)。人們認為預熱DTCs的性質依賴於量子物理學：在亞原子尺度上支配粒子的奇怪定律。然而，研究人員發現，一種基於經典物理學的更簡單的方法可以用來理解這些神秘的現象。
“我們認為時間晶體本質上是量子現象，但事實證明，這是一種更簡單的經典方法，讓我們更多地瞭解它們。”皮茲
瞭解物質的這些新相是朝著控制複雜的多體系統邁出的一步，這是一個長期的目標，具有各種潛在的應用，例如複雜量子網路的模擬。這一結果發表在兩份聯合論文中。物理評論信和物理評論B.
當我們發現一些新的東西，無論是行星，動物，還是疾病，我們可以透過越來越仔細的觀察來了解它。先嚐試更簡單的理論，如果它們不起作用，就嘗試更復雜的理論或方法。
劍橋卡文迪什實驗室的博士研究生安德里亞·皮茲(Andrea Pizzi)說：“我們認為預熱DTCs就是這樣的情況。”Pizzi是這兩篇論文的第一作者。“我們認為它們本質上是量子現象，但事實證明，一種更簡單的經典方法讓我們對它們有了更多的瞭解。”
DTCs是高度複雜的物理系統，對於它們的不尋常特性還有很多需要學習的地方。就像標準的空間晶體打破空間平移對稱性，因為它的結構不是在空間中的所有地方都是一樣的，DTCs打破了一個獨特的時間-平移對稱性，因為當週期性地“搖晃”時，它們的結構在每一次‘推’時都發生變化。
Pizzi說：“你可以把它想象成父母在操場上把孩子推到鞦韆上一樣。”“通常情況下，父母推孩子，孩子會向後擺動，然後父母再推他們。在物理學中，這是一個相當簡單的系統。但是如果在同一個操場上有多個鞦韆，如果孩子們互相牽手，系統就會變得更加複雜，更有趣和不那麼明顯的行為也會出現。預熱DTC就是這樣的行為之一，在這種行為中，原子就像擺動一樣，每一秒或第三次推一次就會“回來”。“
首次預測在2012年，DTCs開闢了一個新的研究領域，並已在各種型別的研究，包括在實驗中。其中，預熱dtc是相對簡單的實現系統，不像通常預期的那樣快速加熱，而是在很長一段時間內表現出時間-結晶行為：它們被搖晃得越快，它們存活的時間就越長。然而，人們認為它們依賴於量子現象。
“發展量子理論是複雜的，即使你管理它，你的模擬能力通常是非常有限的，因為所需的計算能力非常大，”Pizzi說。
現在，pizzi和他的合著者發現，對於預熱dtc來說，它們可以避免使用過於複雜的量子方法，而使用更實惠的經典方法。這樣，研究人員就可以更全面地模擬這些現象。例如，他們現在可以模擬更多的基本成分，訪問與實驗最相關的場景，比如二維和三維。
利用計算機模擬，研究人員使用經典的哈密頓動力學研究了許多相互作用的自旋--比如鞦韆上的孩子--在週期性磁場的作用下--就像推動擺動的父母一樣。所得到的動力學結果清晰地表明瞭預熱DTCs的特性：在很長一段時間內，系統的磁化強度振盪的週期大於驅動器的磁化強度。
“令人驚訝的是，這種方法是如此乾淨，”Pizzi說。“因為它允許我們觀察更大的系統，它非常清楚地說明了正在發生的事情。與我們使用量子方法不同的是，我們不需要與這個系統進行鬥爭來研究它。我們希望本研究將建立經典哈密頓動力學，作為大規模模擬複雜多體系統的一種方法，併為研究非平衡現象開闢新的途徑，而預熱DTC只是其中的一個例子。“
皮茲在這兩篇論文上的合著者都是最近在劍橋大學工作的安德烈亞斯·努南坎普博士(Andreas Nunnenkamp)，他現在在奧地利維也納大學，約翰·克諾爾博士(Johannes Knolle)現在在德國慕尼黑技術大學。
與此同時，在美國加州大學伯克利分校(UCBerkeley)，姚的團隊也一直在使用經典的方法來研究預熱DTCs。值得注意的是，伯克利和劍橋的團隊同時解決了同樣的問題。姚的團隊不久將公佈他們的研究結果。
