量子模擬讓我們先睹為快，了解時間逆轉的可能性

我們都用時鐘和日曆來標記日子，但也許沒有什麼時鐘比鏡子更直接。這些年來我們注意到的變化生動地說明了科學的「時間之箭」——從有序到無序的可能進程。我們無法逆轉這個箭頭，就像我們無法抹去所有的皺紋，也無法將破碎的茶杯恢復到原來的形狀。

由美國能源部阿貢國家實驗室(DOE)領導的一個國際科學家團隊在一項史無前例的實驗中探索了這個問題，他們設法讓一台電腦短暫地回到過去，為探索量子系統中時間倒流提供了新的途徑。它們也為量子計算機程序測試和糾錯開闢了新的可能性。

為了實現時間逆轉，研究團隊為IBM的公共量子計算機開發了一種演算法，模擬粒子的散射。在經典物理學中，這可能表現為撞球被球杆擊中，沿直線運動。但在量子世界中，一個分散的粒子呈現出斷裂的性質，向多個方向擴散。要逆轉它的量子進化，就像把一塊石頭扔進池塘里，把形成的圓環反過來一樣。

從本質上講，要把這個微粒恢復到它原來的狀態是不可能的。主要的問題是，你需要一個「超系統」，或外力，來操縱粒子在每一點的量子波。但是，研究人員指出，這個超級系統要自發地出現並正確地操縱量子波，所需的時間軸將比宇宙本身的時間軸還要長。

他們的演算法模擬了一個兩能級量子系統的電子散射，由量子計算機量子位(量子信息的基本單位)「模擬」出來，並模擬了它在時間上的相關演化。電子從局域的，或「可見的」狀態，變成散射的狀態。然後，演算法把這個過程反過來，粒子返回到它的初始狀態——換句話說，它回到了時間上，哪怕只有幾分之一秒。考慮到量子力學是由概率而非確定性決定的，實現這一時空旅行壯舉的幾率相當高:該演算法在一個雙量子位量子計算機中，85%的時間都能得到相同的結果。

這個結果加深了我們對熱力學第二定律的理解，即一個系統在量子世界中總是從有序狀態向熵的方向運動，而不是相反。研究人員在之前的工作中證明，通過傳送信息，在一個量子系統中局部違反第二定律是可能的，這個量子系統被分割成可以互相平衡的遙遠部分。研究結果也認可了測量導致不可逆性的觀點，強調了『測量』的概念在量子物理基礎中所扮演的角色。

奧地利物理學家歐文·薛定諤(Erwin Schrodinger)在他著名的思維實驗中也捕捉到了同樣的想法。在這個實驗中，一隻被密封在盒子里的貓可能會一直活著，也可能死了，直到它的狀態被某種方式監控為止。研究人員通過限制他們的測量，將他們的粒子懸浮在這種疊加態中，或者說是量子邊界的形式。

這一發現可能最終使量子計算機上的糾錯方法變得更好，在量子計算機上，積累的小故障會產生熱量併產生新的小故障。量子計算機在工作時能夠有效地返回並清除錯誤，這將大大提高工作效率。

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