使用单量子比特传感器可实现 Fisher 信息。图片来源：Physical Review Letters （2024）。DOI： 10.1103/PhysRevLett.132.260801

多年来，时间旅行的想法一直让科幻爱好者眼花缭乱。科学告诉我们，前往未来在技术上是可行的，至少如果你愿意接近光速，但回到过去是不行的。但是，如果科学家能够利用量子物理学的优势来发现过去发生的复杂系统的数据呢？

新的研究表明，这个前提可能并不那么牵强。在 2024 年 6 月 27 日发表在《物理评论快报》上的一篇论文中，圣路易斯华盛顿大学 Charles M. Hohenberg 物理学教授兼量子飞跃中心主任 Kater Murch 以及 NIST 的同事 Nicole Yunger Halpern 和剑桥大学的 David Arvidsson-Shukur 展示了一种新型量子传感器，该传感器利用量子纠缠来制造时间旅行探测器。

默奇将这个概念描述为类似于能够将望远镜送回过去，以捕捉你从眼角看到的流星。在日常生活中，这个想法是行不通的。但在量子物理学这片神秘莫测的土地上，或许有一种方法可以规避这些规则。这要归功于纠缠量子传感器的一种特性，默奇称之为“后见之明”。

该过程始于两个量子粒子在量子单线态的纠缠——换句话说，两个自旋相反的量子比特——因此无论您考虑哪个方向，自旋都指向相反的方向。从那里开始，其中一个量子比特——默奇称之为“探针”——受到磁场的影响，使其旋转。

下一步是众所周知的魔术发生的地方。当测量辅助量子比特（实验中未用作探针的量子比特）时，纠缠的性质有效地将其量子态（即自旋）“回到过去”到对中的另一个量子比特。这让我们回到了该过程的第二步，其中磁场旋转了“探针量子比特”，这就是事后诸葛亮的真正优势所在。

在通常情况下，对于这种实验，使用自旋的旋转来测量磁场的大小，测量失败的可能性为三分之一。这是因为当磁场沿 x、y 或 z 轴与量子比特相互作用时，如果它平行于或反平行于自旋方向，则结果将无效——将没有旋转可测量。

在正常情况下，当磁场未知时，科学家们将不得不猜测准备自旋的方向，从而导致三分之一的失败可能性。事后诸葛亮的美妙之处在于，它允许实验者通过时间旅行为旋转设定最佳方向——事后看来。

爱因斯坦曾经将量子纠缠称为“远处的幽灵般的动作”。也许关于纠缠最令人毛骨悚然的部分是，我们可以将纠缠粒子对视为完全相同的粒子，在时间上既向前又向后。

这为量子科学家提供了创造性的新方法来构建更好的传感器，特别是那些可以有效地及时倒退的传感器。这些传感器有许多潜在的应用，从检测天文现象到在研究磁场时获得的上述优势，随着概念的进一步发展，更多应用肯定会成为人们关注的焦点。

更多信息：Xingrui Song 等人，不可知相估计，Physical Review Letters（2024 年）。DOI： 10.1103/PhysRevLett.132.260801.在arXiv上： DOI： 10.48550/arxiv.2403.00054

期刊信息： Physical Review Letters ， arXiv