作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 学分:知识共享，通信物理，doi: 10
1038/s 22005-020-00396-0 物理学家长期以来一直寻求理解周围世界的不可逆性，并将它的出现归功于时间对称的基本物理定律
根据量子力学，概念时间反转的最终不可逆性需要极其复杂和不可信的场景，这些场景不太可能在自然界自发发生
物理学家之前已经表明，虽然时间可逆性在自然环境中是不太可能的——但是可以设计一种算法，在IBM量子计算机中人为地将时间箭头反转到已知或给定的状态
然而，这个版本的倒转时间箭头只包含了一个已知的量子状态，因此被比作在视频上按下倒带来“倒转时间流”的量子版本
" 在一份发表在《通信物理学》上的新报告中，物理学家A
V
列别杰夫和V
M
维诺克尔和他在美国材料、物理和高级工程方面的同事
S
和俄罗斯，在他们之前工作的基础上，开发了一种技术方法来逆转任意未知量子态的时间演化
这项技术工作将为通用算法开辟新的途径，使任意系统的时间演化在时间上倒退
这项工作只是概述了时间反转的数学过程，没有实验实现
时间之箭和开发时间反转协议 时间之箭源于以相对于热力学第二定律的单一路线表达时间的方向，这意味着熵增长源于系统对环境的能量耗散
因此，科学家可以考虑相对于系统与环境纠缠的能量耗散
以前的研究仅仅集中在时间之箭的量子观点和理解朗道-诺依曼-维格纳假说的影响，以量化在IBM量子计算机上逆转时间之箭的复杂性
在目前的工作中，科学家们建议在有限的温度下使用一个热力学库来形成一个高熵的随机池，以热化给定的量子系统，并通过实验增加系统中的热无序或熵
然而，实验上，IBM计算机不支持热化，热化是目前提议的循环的第一步
理论上，热库的存在出乎意料地使得在其他地方准备辅助(替代)量子系统的高温热态成为可能，由相同的哈密顿量(对应于系统中所有粒子的动能和势能之和的算符)支配
这使得列别捷夫和维诺克尔在数学上设计了一个倒向时间演化的算子，来逆转给定量子系统中的时间动力学
通用程序和辅助系统 该团队使用量子系统(混合态)的密度矩阵定义了未知量子态的普遍时间反转过程；描述时间系统进化的逆转以回到它的初始状态
新系统的量子态在实现时间反转箭头时可能仍然未知
与先前已知量子态时间反转的协议相反，初始态也不必是完全不相关的状态，可以保持混合状态，并与过去与环境的相互作用相关联
该团队注意到系统中混合高熵状态的时间反转复杂性降低
Lebedev等人
借鉴了S .之前详述的逆转程序
劳合，莫森尼和雷本卓斯特(LMR程序)来构建或映射初始密度矩阵
LMR程序考虑了所讨论的系统和辅助设备的组合安排，以完成可逆计算
实验系统将配备一个热力学浴，以使安奇拉热化，并提供反向进化所需的状态
系统越热，就会变得越混乱
通过使用蓄热器将辅助系统暴露在极高的温度下
矛盾的是，他们试图用LMR公式来实验性地观察初级系统的寒冷和有序的过去
作者认为，一个通用的时间反转算法可以逆向运行一个计算，而不需要一个特定的量子状态来倒回，只要该算法有助于时间反转到它的原点
时间反转过程的计算复杂性 这项工作只是概述了时间反转的数学分析，而没有具体说明实验的实施
在进行时间反转的同时，所提出的系统继续保持由它自己的哈密顿量支配的向前进化
未知量子态时间反转的计算复杂度与系统希尔伯特空间(抽象向量空间)的平方成正比
为了在实践中实现这一点，实验系统将需要一个在未知哈密顿量下与热化一起演化的自然系统，这是量子计算机不支持的，与通用量子门配对以实现时间反转
因此，这项工作的实际实施将需要升级现有的量子计算机，以满足概述的要求
升级现有量子芯片设计的途径 Lebedev等人
因此，我们的目标是升级现有的量子芯片设计，以获得一组可以在高温环境中按需热化的相互作用的量子位(量子位)
为了实现这一点，超导量子位可以与传输线耦合，在传输线中输入高温热辐射，将量子位设置为高温状态
此后，他们将需要第二组量子位，能够存储与原始量子位相似的量子态
当原始的量子比特组被实验热化以实现联合LMR演化时，随后的量子比特将能够在相同的哈密顿量下经历时间反转动力学以达到原始状态
如果实施准确，所提出的机制还将有助于升级后的量子计算机的纠错，以确认其正确的功能
Lebedev等人
设想在具有按需热化量子位的紧急计算机上实现该过程
通过这种方式，列别杰夫和维诺克尔演示了未知混合量子态的时间反转过程
这个过程依赖于执行LMR协议和一个安契拉系统的存在，其动力学可以由与反向系统的哈密顿量相同的哈密顿量来控制
为了完成逆转程序，需要将LMR协议依次应用于系统和ancilla在热状态下准备的联合状态
这项工作开发了一个公式，以突出应重复的周期数，使给定系统的状态向过去的早期状态逆转
这个数字将取决于系统的复杂性和它应该回到多远的时间
当实现时间反转协议时，LMR过程的运行速率应该足够高，以超越反转系统的正向时间演化
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