研究人员扭转了IBM量子计算机上的时间流

我们都用时钟和日历标记日子，但也许没有时计比镜子更直接。我们多年来看到的变化生动地说明科学的“时间之箭” -可能从进展有序到无序。我们不能扭转这个箭头，因为我们可以消除所有的皱纹或将破碎的茶杯恢复到原来的形状。

或者我们可以吗?

由能源部(DOE)阿贡实验室领导的一个国际科学家小组在一个首次实验中探索了这个问题，并将计算机简要地归还给过去。结果于3月13 日发表在“科学报告”杂志上，为探索量子系统中的时间倒流提供了新的途径。它们还为量子计算机程序测试和纠错开辟了新的可能性。

能够有效地跳回并清除错误的量子计算机可以更有效地运行。

为了实现时间逆转，研究团队开发了一种用于IBM公共量子计算机的算法，该算法模拟粒子的散射。在经典物理学中，这可能看起来像一个撞球撞击的台球，在一条线上行进。但是在量子世界中，一个散射的粒子呈现出破碎的质量，在多个方向上扩散。扭转其量子进化就像扭转石头扔进池塘时产生的环。

在自然界中，将这个粒子恢复到原始状态 – 实质上是将破碎的茶杯重新组合在一起 – 是不可能的。

主要的问题是，你需要一个“超系统”，或外力，在每一点操纵粒子的量子波。但是，研究人员指出，这种超系统自发出现并正确操纵量子波所需的时间线将比宇宙本身延伸的时间更长。

该团队没有被吓倒，开始着手确定如何克服这种复杂性，至少在原则上如此。其通过两级量子系统模拟的电子散射算法， “量子信息的基本单位- -在时间及其相关的进化由一台量子计算机模拟的量子位”。电子云从一个局部，或“可见”的状态，以散射一个。然后算法反向抛出过程，粒子返回到初始状态 – 换句话说，它会及时移回，如果只是一小部分时间。

鉴于量子力学受概率而不是确定性的支配，实现这一时间旅行专长的几率相当不错：该算法在双量子比特量子计算机中有85%的时间提供相同的结果。

“我们做过以前认为不可能做到的事情，”领导这项研究的Argonne资深科学家Valerii Vinokur说。

结果加深了我们对热力学第二定律 – 系统总是从有序到熵而不是相反的方式 – 如何在量子世界中起作用的理解。研究人员在以前的工作中证明，通过传送信息，在分离成相互平衡的远程部分的量子系统中，可能会发生局部违反第二定律的情况。

“结果还给出一个点头的想法，从测量结果的不可逆性，突出显示的概念中的作用‘测量’在量子物理学的根基扮演，”物理与技术研究所莫斯科的文章合着者Gordey Lesovik说。

这与奥地利物理学家欧文·薛定谔(ErwinSchrödinger)用他着名的思想实验所捕获的概念相同，其中一只密封在盒子里的猫可能会既死又活，直到它的状态被监控到某种程度。研究人员通过限制他们的测量结果，将这些粒子悬浮在这种叠加或量子限制的形式中。

“这是我们算法的重要部分，”Vinokur说。“我们测量系统在一开始并在最后的状态，但中间并没有干涉。”

这一发现最终可能会在量子计算机上实现更好的纠错方法，其中累积的毛刺会产生热量并产生新的热量。能够有效地跳回并清除错误的量子计算机可以更有效地运行。

“现在，很难想象这可能带来的所有影响，”Vinokur说。“我很乐观，我相信，这将是很多的。”

这项研究也提出了一个问题，研究人员现在可以找到一种方法让老年人再次年轻吗?“也许，” Vinokur开玩笑， “用适当的资金。”

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