科技日報記者 張夢然
《自然》雜志22日發表的一項研究，報告了科學家通過“時間反演”方案來探測量子動態的新進展。谷歌“量子AI”團隊與其合作者稱，他們通過逆轉信息置亂的方式操控量子回路，可以探測量子計算機的特性并提升其性能。
量子計算長期以來的目標，就是打造性能足以實現量子優勢的量子計算機，在特定和理想的實用任務中超越經典計算機。要實現這一目標，需要通過降低噪聲和克服缺陷來解決一系列難題。其中一個問題是探測系統中眾多組件的量子動力學，以區分真實量子效應和經典噪聲。這些系統可能難以研究，因為相互作用要素的行為不可預測且難以追蹤，尤其是僅在特定時刻測量部分元件時。一個可能的解決方案涉及“時間反演”，即擾動系統后，讓擾動向外擴散，然后反演系統以嘗試逆轉信息置亂，從而獲得整體系統的信息。
此次，研究團隊在一個超導量子處理器中，使用“時間反演”方案，測量了高階非時序關聯子（OTOC）。OTOC是量子物理中表征系統混沌行為的核心工具，也是研究量子信息如何在多粒子量子系統中傳播的工具。他們發現，實驗可觀察量，在足夠長的時間尺度下對真量子效應保持敏感，足以在傳播與反演動態過程中采樣處理器的很大部分。
研究團隊說，通過測量OTOC可揭示經典計算無法獲取的量子系統微觀特性，他們認為，這提升了未來使用此類多粒子測量實現穩健量子優勢演示（如核磁共振）的可能性。團隊同時提出，演示中使用的回路屬于簡化模型，但其表明該方案可應用于真實物理系統。
總編輯圈點
這項研究在量子計算領域邁出了關鍵一步。通過“時間反演”，科學家得以在復雜量子系統中有效區分真實量子效應與經典噪聲，這為解決量子糾錯和系統驗證提供了新思路。而其真正意義不僅在于深化對量子混沌動力學的理解，更在于為實際量子優勢的驗證開辟路徑。例如，該方法有望應用于量子材料模擬或加密算法測試，推動量子計算從實驗室演示走向實用場景。這種對微觀量子信息的提取能力，或將成為未來實現可靠量子計算的重要基石。
