物理学家可能无意中制造出了一种可以逆向运行的量子比特

想象一座奇特的时钟，它的指针既可以顺时针走，也可以逆时针走，而且在量子世界里，它还能同时朝两个方向走。

这听起来像是科幻小说的设定，但一位韩国物理学家认为，这样的“时钟”可能早在八年前就被造出来了，只是当时没人意识到。

韩国高丽大学的物理学家尹泰贤提出了一种新理论，描述了一种“由量子真空播种的单光子时间量子比特”。

他在预印本平台arXiv上发表的新论文中指出，他和同事们2018年完成的一项实验，原本是为了别的目的设计的，但其数据已经展现出这种时间量子比特所需的关键特征。

需要先说明的是，这项研究尚未经过同行评审，目前只是一篇预印本。

不是穿越，而是“双向演化”

“能逆时间运行的量子比特”这个说法很容易让人联想到时间旅行，但事实并非如此。

（Mariela Grobelska/Unsplash）

这种量子比特并不会把任何东西送回过去。它是一个能同时沿两个相反时间方向演化的量子系统。

要理解这一点，先得知道什么是量子比特。普通计算机的比特只能是0或1，而量子比特可以处于0和1的叠加态，就像一枚旋转中的硬币，同时是正面和反面。

时间量子比特的特殊之处在于，它叠加的不是0和1，而是“时间正向演化”和“时间反向演化”这两种状态。

用时钟的比喻来说，就是指针的转动方向本身处在一种“既顺又逆”的叠加之中。

这个概念最早来自以色列特拉维夫大学的物理学家雅科夫·布洛赫。他于2025年11月在arXiv上发布了一篇预印本，首次提出“时间量子比特”的构想。

布洛赫设想的实验是：把一个量子粒子的路径分成两条，分别施加方向相反的磁场，再把两条路径合并，观察是否出现干涉图样。

不过，这一检验在当时仍停留在理论层面。

用光代替磁场

尹泰贤的思路则是用光来实现。

他的方案依托一种名为“纠缠非线性双光子源干涉测量”的技术。实验中有两块特殊晶体，它们在激光照射下会产生成对的纠缠光子，每对光子中的一个负责携带量子比特的信息。

关键在于控制激光的相位。相位可以理解为光波振动的“节拍位置”，调整它，就能控制相互作用的方向。

当相位移动半个周期时，描述系统随时间演化规律的数学表达式，也就是哈密顿量中受控的那一部分，会改变正负号，相互作用的方向随之反转。

换句话说，只需要轻轻拨动激光的“节拍”，系统的时间演化就从“正转”变成了“倒转”。

还有一个巧妙的设计：两块晶体由同一束相干激光供能。这样一来，就无法分辨某个光子究竟出自哪块晶体，“是谁产生的”这一信息被抹掉了。

在量子力学中，一旦无法区分路径，两种可能就会发生干涉，形成叠加。正是这一点，让两种相反方向的演化能够叠加在一起，满足量子比特的要求。

尹泰贤指出，2018年那项实验的数据，已经展现出这套理论所需要的相位依赖行为和干涉现象。因此，那台设备可以被重新解读为一个单光子时间量子比特。

这就像翻出一本多年前的旧相册，忽然发现其中一张照片的角落里，早就拍下了一个当时谁也没留意的重要细节。

量子世界里，时间为何能“拐弯”

在日常生活中，时间只有一个方向：杯子摔碎了不会自己复原，人只会变老不会变年轻。物理学家把这种单向性称为“时间之箭”。

但在微观的量子力学方程里，情况并没有那么绝对。描述粒子演化的基本方程，在数学上允许系统沿着相反的时间方向运行，只要把相应的符号翻转过来即可。

时间量子比特所做的，正是利用这一数学上的对称性。它并不违背因果律，而是在一个精心控制的小系统里，让“正向”和“反向”两种演化同时存在、彼此干涉。

近年来，国际上已有多个团队在探索“无确定因果顺序”等相关概念，试图把时间的方向本身当作一种可以操控的量子资源。尹泰贤的工作，正是这股研究潮流中的一个新尝试。

前景诱人，但还需更多证据

尹泰贤为这种时间量子比特设想了不少应用前景，包括容错的时间纠错、高维量子信息处理，以及在桌面实验中模拟相对论性量子探测器的动力学。

这些设想如果成真，可能为量子计算和基础物理研究开辟新的工具箱。

不过，审慎的声音同样重要。目前的证据来自对旧数据的重新分析，而不是一次专门设计的演示实验，只能算是概念验证，而非定论。

要全面检验理论预言的各种操作，还需要一项控制更精密、专门为此设计的新实验。

而尹泰贤提出的各种应用，目前也都带有推测性质，有赖于未来的进一步研究。

最重要的一点是，标题中“逆时间运行”的说法是一种简化表达。时间本身并没有倒流，倒转的只是这个量子系统内部的演化方向。

物理学的进步常常就是这样，在新理论的照亮下，旧数据里沉睡的秘密被重新唤醒。

这座“可以正转也可以倒转的时钟”能否真正走出实验室，还要等待更多同行的检验。但它至少提醒我们，在量子世界里，连时间的方向都不再是理所当然的事情。