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量子计算机实现时间逆转,挑战热力学第二定律

俄罗斯莫斯科物理技术学院的物理学家们在2量子比特和3量子比特量子计算机上成功创造了一个逆热力学时间箭头方向演化的量子态。这一突破可用于提高量子计算精度,减少错误和噪声。

时间不可逆性的物理学困境

看似时间对称的物理定律为何导致不可逆性?科学家们探索多年。在经典统计力学框架下,这关联到热力学第二定律:封闭系统熵在能量转换或物质自由移动时增加。2018年,该团队曾通过"麦克斯韦妖"装置报道违背第二定律;如今他们从新角度切入——开发出逆热力学时间箭头演化的量子态。

四阶段实验过程

  1. 有序态:初始时每个量子比特处于基态(代表0)。
  2. 退化态:启动"演化程序"将量子比特状态变为0、1或叠加态。
  3. 时间逆转:本研究开发的独特算法改变量子计算机,使其从混沌向有序反向演化。
  4. 再生态:再次运行演化程序,将量子比特状态倒回过去。

实验结果与意义

2量子比特系统在85%情况下返回初始态,3量子比特因现有量子计算机缺陷成功率为50%。随着量子计算技术进步,错误率有望大幅下降。该时间逆转算法可用于开发更精确的量子计算机,近期可改良为测试量子软件、减少错误和噪声的工具。下一步将探索是否存在比O(N)基本门更高效的量子时间逆转算法。

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