我实验室在量子信息基础研究中取得重要进展：李传锋、柳必恒研究组与香港大学GiulioChiribella教授合作，在光学系统中构造了量子演化与其反向演化的相干叠加，并证实其在量子信道识别方面的优势，该成果4月16日发表在国际知名学术期刊《物理评论快报》上。

在日常生活中，时间确定地从过去流向未来的观念深入人心。然而，支配微观世界物体运动的物理定律并没有特意区分时间的方向性。更具体来说，经典力学和量子力学的基本运动方程均是可逆的，改变一个动力学过程的时间坐标系方向（可能需要一起改变其他某些参数的方向）仍然构成一个有效的演化过程。这被称为时间反演对称性，或者更准确地叫做运动反演对称性。例如，波函数ψ(x,t)是某个薛定谔方程的解，则其时间反演的复共轭ψ∗(x,−t)也同样满足该薛定谔方程。在量子信息科学中，时间（运动）反演因其在多时间点量子态、闭合时间曲线模拟、未知量子演化反转等领域的应用而备受关注。

然而，时间反演在实验上难以实现。研究组将其延伸到量子设备输入输出反转，在光学系统中构造了一类量子演化过程，当交换该演化的量子设备输入输出端口时，所得演化满足初始演化的时间反演的特性，从而得到了量子演化的时间反演模拟器。在此基础上，他们进一步对演化时间方向进行量子化，实现了上述量子演化和其反向演化的相干叠加，并利用量子目击技术实现了对该结构的刻画。相比演化时间方向确定的情形，对时间方向的量子化在量子信道识别中具有显著优势。实验中，研究组利用该装置以99.6%的成功概率区分了两组量子信道，而在相同资源消耗情况下，时间方向确定的策略成功概率最大只有89%。

图1 实验原理图。

(a)量子装置A端输入B端输出，演化方向从A到B；(b)演化方向从B到A；(c)两种演化方向相干叠加；(d)引入辅助比特进行实验实现。

图2 实现量子演化与其反向演化相干叠加的实验装置图。

文章共同第一作者为实验室郭钰博士和香港大学刘子旋博士。本研究得到该研究工作得到了科技创新2030重大项目、国家基金委、中国科学院、安徽省的支持。

文章链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.160201

（中国科学院量子信息重点实验室、中国科学院量子信息和量子科技创新研究院、物理学院、科研部）

编辑时间：2024-04-19 15:30:46