如何逆转未知的量子过程

在我们周围的世界中，过程似乎遵循一定的时间方向：蒲公英最终会变成吹气球。然而，量子领域并不遵循相同的规则。维也纳大学和IQOQI维也纳的物理学家现在已经证明，对于某些量子系统，过程的时间方向是可以逆转的。这种所谓的倒带协议的演示已发表在Optica上。

日常生活充满了众所周知的变化，但实际上不可能逆转;例如，蒲公英变成吹气球的蜕变。然而，人们可以想象，如果人们确切地知道植物中的每个分子是如何及时移动的，就可以一步一步地消除这种转变。在量子领域，问题变得更加棘手：量子物理学的核心原理之一是，简单地观察一个系统会导致它发生变化。

这使得即使在原则上也不可能跟踪系统的时间变化并逆转该过程。然而，与此同时，量子力学定律也开辟了新的可能性，例如通用倒带协议。这些允许在不知道它们是什么的情况下逆转量子系统中的变化。

在维也纳大学和IQOQI维也纳的合作中，以Philip Walther为首的实验物理学家成功地实施了由Miguel Navascués领导的理论物理学家开发的这种通用倒带协议。将这种新颖的理论协议与复杂的光学装置相结合，该小组表明确实有可能恢复量子系统的变化。为此，他们采用了超快光纤组件和布置为量子开关的自由空间干涉仪。

他们成功地逆转了单个光子的时间演化，不知道它是如何随时间变化的，甚至不知道它的初始和最终状态是什么。“值得注意的是，该协议甚至不需要知道与量子系统相互作用的性质，”该出版物的第一作者Peter Schiansky说。

他们的通用倒带协议在其运行时效率最高，并且可以扩展以任意高的概率成功。倒带协议以这种一般形式存在并且在技术上可行的证明有助于我们对基本量子力学的理解。未来，这些协议可能成为量子信息技术的有用工具。

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