韩国预印本称光子“时间量子比特”可双向演化

一位首尔的物理学家称，多年前出于其他目的进行的一项实验，其实已经产生了一个“时间量子比特”：一种同时沿两个相反方向演化的量子系统。高丽大学的尹泰铉（Tai Hyun Yoon）在10月20日发布的一篇arXiv预印本中描述了这一成果，该论文尚未通过同行评审。

这个量子比特并不会回到过去。按照该概念，它是一个可以以叠加态沿两个相反时间方向展开的系统，叠加态是指两种可能性同时存在的量子态。

时间量子比特背后的思路

这一概念来自特拉维夫大学的亚科夫·布洛赫（Yakov Bloch）于2025年11月上传到arXiv的预印本。在量子力学中，哈密顿量是决定系统状态如何从一个时刻变化到下一个时刻的数学描述。布洛赫提出了一个双能级控制空间，用来在这种演化的两个相反版本之间进行选择。他提出的测试方案是把粒子的路径一分为二，沿每条路径施加相反的磁场，再把两条路径重新合并；干涉图样将显示这两种相反的演化是如何联系在一起的。这个想法目前仍停留在理论层面。

尹泰铉的不同做法

尹泰铉用光代替了磁场。他的装置有两个晶体光源，各自产生纠缠光子对，每对光子中的一个光子携带单光子量子比特。这种方法称为纠缠非线性双光子源（ENBS）干涉测量。相互作用的方向由产生光子所用光的相位决定：将相位移动半个周期，就会反转他所控制的那部分相互作用。正如论文所述，并不是时间本身在倒流，而是这一相互作用背后的数学过程在反方向运行。他的方法并不会反转整个哈密顿量。

仅有两个相反方向还不能构成量子比特，系统还需要这两者的叠加。通常，产生光子对时会留下可以揭示是哪个晶体产生它的信息，这会妨碍相干叠加。通过用同一台相干激光器的光同时驱动两个晶体，“来自哪个光源”的信息被抑制，两种演化便可以发生干涉。最终得到的是一个单光子量子比特，它编码了两条路径和两个相反的演化方向。

旧数据，新理论

尹泰铉没有搭建新的实验。他重新审视了自己与同事早先收集的测量数据，其中包括2018年的一项实验，该实验已经显示出其理论所要求的相位依赖行为和干涉现象。在此基础上，他认为该装置可以被理解为单光子时间量子比特的一种实现。由于是用旧数据检验新理论，这并不是一次完美的演示，而只能作为概念验证。若有专门设计、对量子态控制更严格的实验，就可以检验该理论所预测的全部操作。

尹泰铉指出了其在容错时间量子纠错、高维量子位（qudit）处理以及相对论性量子探测器动力学的桌面模拟等方面的用途，但这些仍然只是设想。科学与技术新闻请见我们的科学栏目。