量子物理学家如何“翻转时间”（以及他们如何没有）

物理学家诱使光粒子同时进行相反的转变，就像狼人变成人时人变成狼人一样。在精心设计的电路中，光子的行为就好像时间在向前和向后的量子组合中流动一样。

苏格兰格拉斯哥大学的量子物理学家Sonja Franke-Arnold没有参与这项研究，他说：“有史以来第一次，我们有一种双向的时间旅行机器。”

遗憾的是，对于科幻迷来说，这些设备与 1982 年的 DeLorean 毫无共同之处。在由中国和奥地利的两个独立团队进行的整个实验过程中，实验室时钟继续稳步前进。只有在电路中掠过的光子才会经历时间上的恶作剧。甚至对于光子，研究人员也在争论时间箭头的翻转是真实的还是模拟的。

无论哪种方式，这种令人费解的现象都可能导致新型量子技术的诞生。

布里斯托大学研究员朱利亚·鲁比诺 (Giulia Rubino) 说：“你可以设想一种信息可以双向流动的电路。”

任何时候任何事情一次

十年前，物理学家首次意识到量子力学的奇异规则推翻了常识性的时间概念。

量子奇异性的本质是：当你寻找一个粒子时，你总是会在一个单一的点状位置检测到它。但是在被测量之前，粒子的行为更像波；它有一个“波函数”，可以在多条路线上传播和涟漪。在这种未确定的状态下，粒子存在于可能位置的量子混合中，称为叠加。

去年，由 Chiribella 指导的中国合肥团队和由物理学家Çaslav Brukner 指导的维也纳团队建立了量子时间翻转电路。超过 100 万轮，维也纳团队猜对了 99.45% 的时间。 Chiribella 的小组赢得了 99.6% 的回合。两个团队都打破了理论 90% 的限制，证明他们的光子经历了两个相反转变的叠加，因此是一个不确定的时间箭头。

解读时间翻转

虽然研究人员已经执行并命名了量子时间翻转，但对于哪些词最能描述他们所做的事情，他们并不完全一致。

在奇里贝拉看来，这些实验模拟了时间之箭的翻转。实际上翻转它需要将时空本身的结构安排成两个几何形状的叠加，其中时间指向不同的方向。 “很明显，这个实验并没有实现时间箭头的倒转，”他说。

与此同时，Brukner 认为电路在模拟之外迈出了适度的一步。他指出，光子的可测量特性的变化与它们穿过两个时空几何的真实叠加时完全相同。而在量子世界中，没有超出可测量范围的现实。 “从状态本身来看，模拟和真实之间没有区别，”他说。

他承认，当然，电路只能对发生偏振变化的光子进行时间翻转；如果时空真的处于叠加状态，时间方向的决斗将影响一切。

双箭头电路

无论他们的哲学倾向如何，物理学家都希望设计出同时以两种方式流动的量子电路的能力可以为量子计算、通信和计量学提供新的设备。

法国内尔研究所的量子信息理论家Cyril Branciard说：“这让你可以做更多的事情，而不仅仅是按一个或另一个顺序执行操作。”

一些研究人员推测，量子时间翻转的时间旅行风格可能会启用未来的量子“撤销”功能。其他人预计同时在两个方向上运行的电路可以让量子机器更有效地运行。 “你可以将它用于你想要降低所谓查询复杂性的游戏，”鲁比诺说，指的是执行某些任务所需的步骤数。

这种实际应用远非确定。虽然时间翻转电路在 Chiribella 和 Liu 的猜谜游戏中打破了理论性能限制，但这是一项高度人为设计的任务，只是为了突出它们相对于单向电路的优势。

但是奇怪的、看似小众的量子现象有一种证明有用的诀窍。著名物理学家安东·蔡林格 (Anton Zeilinger) 曾经认为，量子纠缠——分离粒子之间的联系—— 对任何事情都没有好处。如今，纠缠将新生量子网络中的节点和原型量子计算机中的量子比特串在一起，Zeilinger 对这一现象的研究为他赢得了2022 年诺贝尔物理学奖。对于量子时间的可翻转性，Franke-Arnold 说，“现在还很早。”