科学家在量子计算机内部“逆转时间”

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时间，在不断流逝，且永无止息。有人说这是一种幻觉，有人说它像箭一样飞翔。这个“时间之箭”在物理学中是一个令人琢磨不透的问题，为什么时间有特定的方向？它的方向可以逆转吗？

针对这一主题，发表在《科学报告》上的一项研究发表了一个重要观点。一个国际研究小组在量子计算机上构建了一个时间反转程序，这个实验对我们理解量子计算有着巨大的影响。他们的方法还揭示了一些相当重要的东西：时间反转操作非常复杂，在自然界中不可能自发发生。

就物理定律而言，在许多情况下，没有什么可以阻止我们在时间上的前进和后退。在某些量子系统中，可以创建时间反转操作，该团队根据现实场景制作了一个思想实验。

量子系统的演化受薛定谔方程的支配，该方程为我们提供了粒子处于某个区域的概率。量子力学的另一个重要定律是海森堡不确定性原理，它告诉我们，我们无法知道粒子的确切位置和动量，因为宇宙中的一切都具有波粒二象性，表现得既像粒子又像波。

研究人员想看看他们是否有时间在几分之一秒内自发地逆转一个粒子。他们使用了球杆打破台球三角形的例子，球向各个方向移动，类似于热力学第二定律：一个孤立的系统总是从有序到混乱。然后他们让球反转回到有序的状态。

该团队开始测试这是否可以在自然界和实验室中自发发生。他们的思想实验始于局部电子，这意味着他们非常确定它在一小块空间中的位置，即电子在某个区域内的概率最高。随着时间的推移，这种可能性会扩展开来，使粒子更有可能处于更广泛的区域。然后，研究人员提出了一种时间反转操作，使电子恢复到其定位状态。思想实验之后是一些真正的数学处理过程。

研究人员估计了由于随机波动而发生在现实世界电子身上的概率。在宇宙的整个生命周期（137亿年）中，如果我们每秒观察100亿个“新定位”的电子，我们只会看到它发生一次。它只会让量子态回到过去100亿分之一秒，大约是交通信号灯变绿和司机鸣喇叭之间的时间。

虽然时间逆转在自然界中不太可能发生，但在实验室中是可能的。该团队决定在量子计算机中模拟局部电子思想，并创建一个时间反转操作，使其恢复到原始状态。有一点是明确的：模拟规模越大，它就越复杂，也不准确。在模拟局部电子的双量子比特（qubit）设置中，在85%的情况下，研究人员能够逆转时间。在三量子比特设置中，只有50%的案例成功，而且出现了更多错误。

虽然量子计算机中的时间逆转不太可能产生时间机器，但它将使量子计算机在未来更加精确。

编译：卉可

​编辑：慕一