来自奥地利科学院和维也纳大学的研究人员团队开发了一种在量子系统中逆转时间的方法，实现了超过 95% 的平均保真度。
该研究由 Miguel Navascués 和 Philip Walther 领导，研究结果发表在《Optica》杂志上。在实验中，一个量子位被编码为单个光子的偏振，并且两种演化模式U和V通过萨格纳克干涉仪以叠加状态运行。
使用一种称为量子开关的设备，他们成功地将量子粒子恢复到之前的状态，而无需详细了解系统的内部结构或初始状态。测试采用了50种不同的进化组合、4种初始状态和3种时间步长，在3周内进行了1800多次实验，保真度保持在93%以上，有的达到97%。
这项技术有望应用于量子计算机的纠错，能够进行一秒倒回一秒量子演化的实时处理。
【编辑部评论】
奥地利科学院和维也纳大学研发的“量子时间逆转”技术乍听之下像是科幻小说，但实际上是一项极其实用的创新。
这项研究的核心是成功地将量子系统中的粒子恢复到“之前的状态”，准确率超过 95%。重要的是，这项技术“可以在不了解系统内部结构的情况下执行”。这对于量子计算机的纠错具有革命性的影响。
当前的量子计算机面临着数据很容易被外部噪声和相互作用破坏的问题。传统的纠错技术需要了解错误的细节并执行复杂的纠正过程。然而，通过这项技术，我们实现了革命性的能力，可以在不知道发生了什么的情况下将系统恢复到之前的正常状态。
这项技术的独特之处在于它是一个“实时过程”，只需一秒即可倒回一秒的量子演化。这比传统方法快了三倍，对于实用量子计算机的运行来说是极其重要的改进。
在实验中，我们利用单个光子的偏振态，通过称为“量子开关”的装置创建了两种不同进化模式的叠加态。这使得利用量子力学中光子“同时穿越两条时间路径”的独特现象，回到原始状态成为可能。
该研究是与领导理论团队的 Miguel Navascués 和领导实验团队的 Philip Walther 合作进行的，Peter Schiansky 是实验论文的主要作者。我们使用 50 种不同的进化模式、四种初始状态和三个时间步长进行了 1,800 次实验，实现了 93-97% 的保真度。这种高成功率强烈表明其作为实用量子纠错技术的潜力。
未来的应用范围也值得注意。目前，使用光子，但理论上它也可以应用于其他量子系统，例如冷原子或离子陷阱。同一个研究小组还正在进行一种“快进”时间方法的理论开发。
这项技术的意义在于，它直接导致错误率的提高，而错误率是量子计算机商业化的最大障碍。目前的量子处理器的错误率约为 0.1-1%，但实用的量子计算机需要 10^-15 的精度。如果集成起来，这种巧妙的“倒带”功能可以为填补这一巨大空白提供重要的技术基础。
研究人员对人类水平上的时间逆转进行了现实的评估。从一个人那里倒回一秒钟的量子信息需要数百万年的时间，这使得它不切实际。但在像量子处理器这样的受控环境中，这项技术可能是一个极其强大的工具。
这项研究为量子计算机从实验室跨越到现实世界至关重要的“可靠性”因素提供了一种创新方法。可以说，作为支持“计算的未来”的基础技术，这是值得我们关注的发展。
【术语解释】
量子开关
控制两个或多个量子通道在量子系统中作用顺序的设备。叠加状态允许同时处理多个进化路径。
萨格纳克干涉仪
一种沿着两条不同路径传播光子并观察它们的干涉图案的光学装置。在量子实验中，它用于精确控制量子态。
富达
量子态与目标态匹配准确程度的指标。越接近 1（100%），准确度越高。
量子比特
量子位。它是量子计算机的基本信息单元，可以呈现0和1的叠加。
叠加态
量子力学特有的现象，其中量子粒子可以同时以多种状态存在。所有可能性共存，直到观察为止。
量子纠错
一种检测并纠正量子系统中由外部噪声和干扰引起的错误的技术。
[参考链接]
奥地利科学院（外部）
美国国家科学院成立于1847年。运营量子光学和量子信息研究所，涵盖从基础研究到应用研究的广泛领域。
维也纳大学（外部）
欧洲最古老的大学之一，成立于 1365 年。超过 90,000 名学生在 20 个院系提供 186 个学位课程
光学出版集团（外部）
光学和光子学领域的全球学术组织。发展著名的学术出版业务，包括发表这项研究的《Optica》杂志
[参考文章]
逆转未知的量子转变（外部）
2023年Optica发表原创论文，详细介绍量子变换的逆运算理论和实验结果
我们让科幻小说成为现实（外部）
《国家报》研究员 Miguel Navascués 关于量子时间控制技术的采访文章
[编者后记]
当您看到有关量子时间反转技术的新闻时，您有什么印象？ “时光倒流”曾经被认为是科幻世界，正在成为现实，尽管只是在实验室层面。
让我们一起想象一下，这项技术将如何加速量子计算机的实际应用，给我们的日常生活带来哪些改变。量子纠错的创新可能会在所有领域产生连锁反应，包括密码学、药物发现研究和金融计算。您最希望它在哪些领域得到应用？
另外，您对这些基础研究成果落地到社会的过程有何看法？
我们希望您能分享对未来的希望和恐惧。