科学家首次实现“时间倒流

 

莫斯科物理科学与技术研究所的研究人员与美国、瑞士的同行合作，将量子计算机返回到了几分之一秒前的状态。同时，他们还计算了真空条件下星际空间中的电子自发地返回其最近过去（recent past）的概率。该研究近日发表在《科学报告》（Scientific Reports）杂志上。

 

该论文的主要作者、莫斯科物理科学与技术研究所下属的量子信息技术物理实验室负责人格奥登·利索维克评论说：“这是一篇探讨违反热力学第二定律的可能性的论文。第二定律与‘时间之矢’（the arrow of time）的概念密切相关，即时间仅能从过去向未来单向流动。”

 

利索维克继续说道：“我们首先描述了一种所谓的局部第二类永动机。紧接着，在去年12月，我们发表了一篇论文，讨论了利用‘麦克斯韦妖’（物理学假想的能探测并控制单分子运动的机制）装置违反第二定律的问题。而我们新近发表的这篇论文则从第三个角度探讨了同样的问题：我们人为创造出了一个与热动力学的时间之矢方向相反的状态。”

 

接下来，研究人员尝试用一个四阶段的实验逆转时间。这次他们观察的不是电子，而是由两种（后面还会观察三种）基本元素组成的量子计算机状态，这种基本元素就是超导量子比特（superconducting qubits）。

 

 

他们使用的是一台由电子“量子比特”（qubits）构成的量子计算机。量子比特是量子计算机的基本信息单位，由“1”“0”或这两者的混合“叠加”来描述。

 

在实验中，他们启动了一个“进化程序”，该程序使量子比特进入一种逐渐复杂的1和0不断变化的状态。在此过程中，量子比特失去了秩序，就像摆好的台球被撞击，散落各处一样。但随后，另一个程序修改了量子计算机的状态，使其“向后”演进，从混乱变为有序，这意味着量子比特重回初始状态。

 

研究人员发现，当使用两个量子比特时，“时间逆转”的成功率为85%；而当使用3个量子比特时，成功率下跌到50%。他们认为，随着所用设备的复杂程度不断提高，错误率有望下降。

 

他们同时表示，这项实验也有望促进量子计算机的开发。勒斯维吉说：“我们的算法可以更新，并用来测试为量子计算机编写的程序，消除噪音和错误。”