科学家首次实现“时间倒流”量子实验

本文介绍了一项突破性量子控制研究：研究人员利用新设计的控制协议，成功抑制甚至逆转了量子系统中自然出现的‘时间箭头’现象。在经典物理中，时间单向流动（如打碎的杯子不会自动复原）；但在微观量子层面，绝大多数基本物理定律本身对时间方向没有偏好——正着演或倒着演，方程同样成立。量子测量却会打破这种对称性：每次测量都会随机改变系统状态，从而‘制造’出一个指向未来的时间箭头。本研究通过将测量与实时反馈相结合，构建出‘时间反演的随机轨迹’——即让量子系统演化路径看起来像是时间在倒流。其核心技术是一个精心设计的控制哈密顿量（即一系列精确调控的电磁场和脉冲序列），它能抵消、增强甚至过度补偿测量带来的扰动，从而生成时间被拉伸、模糊或完全反转的演化效果。该成果还实现了量子版‘麦克斯韦妖’：这个‘妖’不靠神秘力量，而是利用量子态信息和测量结果，主动降低系统熵，实现时间箭头的局部逆转。更进一步，研究团队将量子测量本身转化为一种热力学资源——设计出‘量子测量引擎’，可直接从持续测量过程中提取能量，用于驱动其他量子操作或为量子电池充电。下一步，团队计划在超导量子比特平台上实验验证该哈密顿量驱动的反馈控制方案，这些平台具备高速反馈与高精度探测能力，此前已成功演示过量子麦克斯韦妖。未来工作还将优化量子态制备等关键任务。