時(shí)間，在不斷流逝，且永無止息。有人說這是一種幻覺，有人說它像箭一樣飛翔。這個(gè)“時(shí)間之箭”在物理學(xué)中是一個(gè)令人琢磨不透的問題，為什么時(shí)間有特定的方向？它的方向可以逆轉(zhuǎn)嗎？

針對(duì)這一主題，發(fā)表在《科學(xué)報(bào)告》上的一項(xiàng)研究發(fā)表了一個(gè)重要觀點(diǎn)。一個(gè)國際研究小組在量子計(jì)算機(jī)上構(gòu)建了一個(gè)時(shí)間反轉(zhuǎn)程序，這個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)我們理解量子計(jì)算有著巨大的影響。他們的方法還揭示了一些相當(dāng)重要的東西：時(shí)間反轉(zhuǎn)操作非常復(fù)雜，在自然界中不可能自發(fā)發(fā)生。

就物理定律而言，在許多情況下，沒有什么可以阻止我們?cè)跁r(shí)間上的前進(jìn)和后退。在某些量子系統(tǒng)中，可以創(chuàng)建時(shí)間反轉(zhuǎn)操作，該團(tuán)隊(duì)根據(jù)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景制作了一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)。

量子系統(tǒng)的演化受薛定諤方程的支配，該方程為我們提供了粒子處于某個(gè)區(qū)域的概率。量子力學(xué)的另一個(gè)重要定律是海森堡不確定性原理，它告訴我們，我們無法知道粒子的確切位置和動(dòng)量，因?yàn)橛钪嬷械囊磺卸季哂胁６笮裕憩F(xiàn)得既像粒子又像波。

研究人員想看看他們是否有時(shí)間在幾分之一秒內(nèi)自發(fā)地逆轉(zhuǎn)一個(gè)粒子。他們使用了球桿打破臺(tái)球三角形的例子，球向各個(gè)方向移動(dòng)，類似于熱力學(xué)第二定律：一個(gè)孤立的系統(tǒng)總是從有序到混亂。然后他們讓球反轉(zhuǎn)回到有序的狀態(tài)。

該團(tuán)隊(duì)開始測(cè)試這是否可以在自然界和實(shí)驗(yàn)室中自發(fā)發(fā)生。他們的思想實(shí)驗(yàn)始于局部電子，這意味著他們非常確定它在一小塊空間中的位置，即電子在某個(gè)區(qū)域內(nèi)的概率最高。隨著時(shí)間的推移，這種可能性會(huì)擴(kuò)展開來，使粒子更有可能處于更廣泛的區(qū)域。然后，研究人員提出了一種時(shí)間反轉(zhuǎn)操作，使電子恢復(fù)到其定位狀態(tài)。思想實(shí)驗(yàn)之后是一些真正的數(shù)學(xué)處理過程。

研究人員估計(jì)了由于隨機(jī)波動(dòng)而發(fā)生在現(xiàn)實(shí)世界電子身上的概率。在宇宙的整個(gè)生命周期（137億年）中，如果我們每秒觀察100億個(gè)“新定位”的電子，我們只會(huì)看到它發(fā)生一次。它只會(huì)讓量子態(tài)回到過去100億分之一秒，大約是交通信號(hào)燈變綠和司機(jī)鳴喇叭之間的時(shí)間。

雖然時(shí)間逆轉(zhuǎn)在自然界中不太可能發(fā)生，但在實(shí)驗(yàn)室中是可能的。該團(tuán)隊(duì)決定在量子計(jì)算機(jī)中模擬局部電子思想，并創(chuàng)建一個(gè)時(shí)間反轉(zhuǎn)操作，使其恢復(fù)到原始狀態(tài)。有一點(diǎn)是明確的：模擬規(guī)模越大，它就越復(fù)雜，也不準(zhǔn)確。在模擬局部電子的雙量子比特（qubit）設(shè)置中，在85%的情況下，研究人員能夠逆轉(zhuǎn)時(shí)間。在三量子比特設(shè)置中，只有50%的案例成功，而且出現(xiàn)了更多錯(cuò)誤。

雖然量子計(jì)算機(jī)中的時(shí)間逆轉(zhuǎn)不太可能產(chǎn)生時(shí)間機(jī)器，但它將使量子計(jì)算機(jī)在未來更加精確。

編譯：卉可

編輯：慕一