量子模拟让我们先睹为快，了解时间逆转的可能性

量子模拟让我们先睹为快，了解时间逆转的可能性

我们都用时钟和日历来标记日子，但也许没有什么时钟比镜子更直接。这些年来我们注意到的变化生动地说明了科学的“时间之箭”——从有序到无序的可能进程。我们无法逆转这个箭头，就像我们无法抹去所有的皱纹，也无法将破碎的茶杯恢复到原来的形状。

由美国能源部阿贡国家实验室(DOE)领导的一个国际科学家团队在一项史无前例的实验中探索了这个问题，他们设法让一台电脑短暂地回到过去，为探索量子系统中时间倒流提供了新的途径。它们也为量子计算机程序测试和纠错开辟了新的可能性。

为了实现时间逆转，研究团队为IBM的公共量子计算机开发了一种算法，模拟粒子的散射。在经典物理学中，这可能表现为台球被球杆击中，沿直线运动。但在量子世界中，一个分散的粒子呈现出断裂的性质，向多个方向扩散。要逆转它的量子进化，就像把一块石头扔进池塘里，把形成的圆环反过来一样。

从本质上讲，要把这个微粒恢复到它原来的状态是不可能的。主要的问题是，你需要一个“超系统”，或外力，来操纵粒子在每一点的量子波。但是，研究人员指出，这个超级系统要自发地出现并正确地操纵量子波，所需的时间轴将比宇宙本身的时间轴还要长。

他们的算法模拟了一个两能级量子系统的电子散射，由量子计算机量子位(量子信息的基本单位)“模拟”出来，并模拟了它在时间上的相关演化。电子从局域的，或“可见的”状态，变成散射的状态。然后，算法把这个过程反过来，粒子返回到它的初始状态——换句话说，它回到了时间上，哪怕只有几分之一秒。考虑到量子力学是由概率而非确定性决定的，实现这一时空旅行壮举的几率相当高:该算法在一个双量子位量子计算机中，85%的时间都能得到相同的结果。

这个结果加深了我们对热力学第二定律的理解，即一个系统在量子世界中总是从有序状态向熵的方向运动，而不是相反。研究人员在之前的工作中证明，通过传送信息，在一个量子系统中局部违反第二定律是可能的，这个量子系统被分割成可以互相平衡的遥远部分。研究结果也认可了测量导致不可逆性的观点，强调了‘测量’的概念在量子物理基础中所扮演的角色。

奥地利物理学家欧文·薛定谔(Erwin Schrodinger)在他著名的思维实验中也捕捉到了同样的想法。在这个实验中，一只被密封在盒子里的猫可能会一直活着，也可能死了，直到它的状态被某种方式监控为止。研究人员通过限制他们的测量，将他们的粒子悬浮在这种叠加态中，或者说是量子边界的形式。

这一发现可能最终使量子计算机上的纠错方法变得更好，在量子计算机上，积累的小故障会产生热量并产生新的小故障。量子计算机在工作时能够有效地返回并清除错误，这将大大提高工作效率。