Экспериментальная установка суперпозиции квантовой эволюции и ее обратной эволюции.
Кредит: команда профессора Ли Чуанфэна

Представление о том, что время неумолимо течет из прошлого в будущее, глубоко укоренилось в сознании людей. Однако законы физики, управляющие движением объектов в микроскопическом мире, намеренно не различают направление времени.

Если говорить более конкретно, основные уравнения движения как классической, так и квантовой механики являются обратимыми, и изменение направления системы временных координат динамического процесса (возможно, вместе с направлением некоторых других параметров) по-прежнему представляет собой действительный процесс эволюции.

Это известно как симметрия обращения времени. В квантовой информатике обращение времени привлекло большой интерес из-за его применения в многовременных квантовых состояниях, моделировании замкнутых времениподобных кривых и инверсии неизвестных квантовых эволюций. Однако обращение времени трудно реализовать экспериментально.

Для решения этой проблемы группа ученых под руководством академика Го Гуанцаня, профессора Ли Чуаньфэна и профессора Лю Бихэна из Китайского университета науки и технологий (USTC) Китайской академии наук (CAS) в сотрудничестве с профессором Джулио Чирибеллой из Гонконгского университета построила класс процессов квантовой эволюции в фотонной установке, расширив обращение времени до инверсии входа-выхода квантового устройства.

При замене входных и выходных портов квантового устройства полученная эволюция удовлетворяет свойствам обращения времени исходной эволюции, тем самым получая симулятор обращения времени для квантовой эволюции.

На этой основе команда далее квантовала направление времени эволюции, достигнув когерентной суперпозиции квантовой эволюции и ее обратной эволюции. Они также охарактеризовали структуры, используя методы квантового свидетеля.

По сравнению со сценарием определенного направления времени эволюции, квантование направления времени показало существенные преимущества в идентификации квантового канала.

В этом исследовании ученые использовали устройство для различения двух наборов квантовых каналов с вероятностью успеха 99,6%, в то время как максимальная вероятность успеха стратегии определенного направления времени составила всего 89% при том же потреблении ресурсов.

Исследование раскрывает потенциал неопределенности ввода-вывода как ценного ресурса для достижений в области квантовой информации и фотонных квантовых технологий.