如果有人告诉你现在有时光机，就是那种可以双向穿梭，可以逆转过去和未来的。你信不信？事实上，这台“时间机器”已经在科学家的实验室里研究了很多天，但它的乘客不是人类，而是粒子。更准确地说，光子。就像人类变成狼人一样，狼人变成了人类。在精心设计的电路中，这些光子的行为就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SonjaFranke-Arnold说：“有史以来第一次，我们有了一台类似于双向时间旅行的机器。”“不幸的是，对于科幻小说迷来说，这些设备与1982年的德罗宁毫无共同之处。在由中国和奥地利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向前走。只有光子经历了一个奇怪的时间变化。而且，研究人员仍在争论这种“时间箭头的翻转”是真实的还是模拟的。尽管如此，这种令人费解的现象可能会导致新型量子技术。颠覆时间的概念物理学家首先意识到十年以前量子力学的奇怪规则推翻了“时间”的常识性概念表现得更像波，表现为沿着多条路径传播和振动的“波函数”。在这种未定状态下，粒子存在于称为“叠加”的可能位置的量子态。在2013年发表的论文中，现就职于香港大学的物理学家GiulioChiribella等人提出了一种将事件按时间顺序叠加的电路，这比空间位置的叠加更进了一步。四年后，鲁比诺和她的同事直接通过实验证明了这个想法。他们将一个光子发送到两条路径的叠加中：在一条路径中，光子经历事件A，然后经历事件B，在另一条路径中，经历事件B，然后经历事件A。在某种意义上，每个事件似乎都会导致另一个事件，一种后来被称为不确定因果关系的现象。随着时间的推移，Chiribera和他的同事不仅仅满足于扰乱事件的顺序，接下来他们瞄准了时间本身的方向或箭头。他们寻求一种量子仪器，在这种仪器中，时间会进入从过去到未来的叠加状态，反之亦然——一个不确定的时间箭头。为此，研究人员意识到他们需要一个可以做出相反变化的系统，就像节拍器的手臂可以向左或向右摆动一样。他们设想将这样的系统置于叠加状态，就像音乐家同时左右轻弹“量子节拍器”一样。在构思出这个想法后，光学奇才立即开始在实验室中构建模型。去年秋天，两个团队相继宣布搭建成功。“双点”游戏研究人员设计了一款只有量子双手玩家才能玩的游戏。玩这个光子游戏涉及向两个水晶小工具A和B发射光子。将小工具向后传递将使偏振方向完全相反。在每一轮比赛之前，“裁判”秘密地设置小工具的两种方式之一。向前通过A，然后向后通过B的路径会相对于时间反转路径（向后通过A，然后向前通过B）移动光子的波函数，但反之则不然。在这场比赛中，球员必须弄清楚裁判的选择。在玩家随意安排小工具和其他光学器件后，通过迷宫发送光子。光子最终到达两个探测器之一。如果玩家以足够聪明的方式设置了他们的迷宫，点击光子检测器就会显示裁判的选择。当玩家设置电路使光子在每个小工具中仅沿一个方向传播时，即使A和B的因果顺序不确定，探测器的点击也只会与秘密小工具的设置匹配大约90%最好的时间。理论上，每一轮实验只有在光子经历叠加导致其前后穿过两个小工具时才能获胜（这种现象称为“量子时间翻转”）。去年，中国合肥和奥地利维也纳的两个团队都建立了自己的“量子时间翻转”电路。经过100万轮测试，维也纳团队将游戏成功率提升至99.45%。另一支球队赢得了99.6%的回合。这两个结果都突破了理论的90%极限，证明了实验模型中的光子经历了两个相反变换的叠加，以至于代表时间方向的箭头是不确定的。解释“时间翻转”虽然研究人员已经执行并命名了量子时间翻转，但他们对于哪个术语最能描述他们的工作存在分歧。在奇里贝拉看来，这些实验模拟了“时间之箭”的逆转。事实上，真正的反转，需要将时空结构本身安排成两种几何形状的叠加，时间指向不同的方向。“从这个角度来看，很明显这个实验没有实现真正的时间逆转，”他说。另有团队认为，这些电路最大的意义在于在模拟时空方面迈出了重要一步。研究人员表明，光子的可测量特性在它们穿过两个时空几何的真实叠加时会发生准确的变化。在量子世界中，没有可测量之外的现实。“也就是说，就状态本身而言，模拟和真实之间没有区别。”没有倒计时？没关系。无论如何，物理学家希望设计出同时双向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西里尔·布兰西亚德(CyrilBranciard)说：“它让你做的不仅仅是按照一个命令进行操作。”一些研究人员推测，量子时间翻转的时间旅行风格可能使未来的量子“撤销”成为可能。还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。另一位研究人员表示：“这种模型可以用在游戏中，降低所谓的查询复杂度。”他指的是执行某些任务所需的步骤数。这种实际应用远不能保证。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，但这是一项高度工程化的任务，只是为了突出它们相对于单向电路的优势，远非实际应用。但奇怪的是，看似小众的量子现象有一种证明自己有用的诀窍。著名物理学家安东·蔡林格(AntonZeilinger)曾认为，量子纠缠——分离粒子之间的联系——不会带来任何好处。如今，量子纠缠将新生量子网络中的节点与原型量子计算机中的量子比特联系起来，蔡林格对这一现象的研究为他赢得了2022年诺贝尔物理学奖。至于量子时间的可逆性，还处于非常早期的阶段。
