Назад в прошлое: неопределенность входа-выхода поворачивает время вспять

Команда исследователей создала когерентную суперпозицию квантовой эволюции с двумя противоположными направлениями в фотонной системе и подтвердила её преимущество в характеризации неопределённости входа-выхода. Исследование было опубликовано в журнале Physical Review Letters .

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, не делают явных различий в направлении времени.

Базовые уравнения движения как классической, так и квантовой механики обратимы, и изменение направления временной координаты динамического процесса (возможно, вместе с направлением некоторых других параметров) всё ещё составляет допустимый эволюционный процесс. Это известно как симметрия временной инверсии. В квантовой информационной науке временная инверсия привлекает большое внимание благодаря своим приложениям в многовременных квантовых состояниях, моделировании замкнутых временных кривых и инверсии неизвестных квантовых эволюций. Тем не менее, реализовать временную инверсию экспериментально крайне сложно.

Чтобы решить эту проблему, команда под руководством академика Го Гуанцана, профессоров Ли Чуаньфэна и Лю Бихэна из Китайского университета науки и технологии (USTC) Китайской академии наук (CAS), в сотрудничестве с профессором Джулио Чирибеллой из Гонконгского университета, создала класс процессов квантовой эволюции в фотонной установке, расширяя временную инверсию до инверсии входа-выхода квантового устройства.

При обмене входными и выходными портами квантового устройства результирующая эволюция удовлетворяла свойствам временной инверсии начальной эволюции, таким образом был получен симулятор временной инверсии для квантовой эволюции. На этой основе команда далее квантизировала направление времени эволюции, достигнув когерентной суперпозиции квантовой эволюции и её обратной эволюции. Они также охарактеризовали структуры, используя техники квантовых свидетелей.

По сравнению со сценарием с определённым направлением времени эволюции, квантизация направления времени показала значительные преимущества в идентификации квантовых каналов. В этом исследовании исследователи использовали устройство для различения двух наборов квантовых каналов с вероятностью успеха 99,6%, в то время как максимальная вероятность успеха стратегии с определённым направлением времени составляла только 89% при тех же затратах ресурсов.

Исследование выявляет потенциал неопределённости входа-выхода как ценного ресурса для достижений в квантовой информации и фотонных квантовых технологиях.