我們怎麼知道時間是有方向的？
如果播放一段視頻，畫面裡有個杯子落到地上，摔成了碎片。沒有人會覺得這一過程有什麼不自然的問題。但是，如果看到地上四散的玻璃碎片躍起，拼成了一個完整的玻璃杯，我們都會意識到，這段視頻是倒放的！
上面簡單的思想實驗其實揭示了我們認知時間的方式，而這一方式本質上是人類對熱力學第二定律的樸素經驗——就算完全不了解熱力學第二定律的人，因為世界上的萬事萬物都受其制約，所以通過身邊的現象，自然會對這一基本物理學定律有所感知。
但有個更加基本的問題，熱力學第二定律並未對物質做出限制，它似乎只是一種對趨勢的陳述。如果把裝有裝有氮氣和氧氣的容器連通，最終氮氣和氧氣會相當均勻地混合在一起。這是熱力學第二定律預示的結果。但，如果考察單個氧氣分子，並沒有什麼神秘的力量迫使它遵循熱力學第二定律，它僅僅是遵照一般的動力學定律，運動、碰撞、改變路徑……全部過程都是可逆的，每個分子也都是如此，但是在整體上，最終實現了熱力學第二定律所指向的結果。而這種確定的方向性——氮氣和氧氣會混合到一起，但混合到一起的氮氧，幾乎從未自發地分離——我們通常就認為是時間的方向！
換而言之，既然每個微小分子的運動都是可逆的，而全部分子都反向運動的話——就相當於碎玻璃拼回玻璃杯——違背了熱力學第二定律，等同於在局部逆轉了時間。
就像經典力學中的運動定律一樣，薛丁格方程可以刻畫量子的運動，只不過隨著時間的流逝，粒子位置和速度的不確定性不斷擴大。
「但是，薛丁格方程也是可逆的。」美國阿貢國家實驗室的材料科學家Valerii Vinokur說，「從數學上講，這意味著在某種被稱為復共軛的變換下，該方程可以描述粒子信息確定性增加的過程。」
從理論上講，沒有什麼可以阻止它自發地發生。但是，您需要每秒凝視100億個電子，以及等待現有宇宙生命周期那麼長的時間，才能看到它發生一次。
美國和俄羅斯組成的科學家團隊顯然沒有那麼強的耐心，所以他們將量子計算機中未確定的粒子狀態看做是量子的運動信息，並將計算機的某些功能巧妙比作「時間機器」。
通過調整計算機設置中的條件，可以有效地突破薛丁格方程的限制。達成了逆轉時間之矢的效果。
在應用方面，他們用來操縱薛丁格方程反轉的算法可以幫助提高量子計算機的精度。
同時，這支團隊不是第一次製造出突破熱力學定律的效果。幾年前，他們纏結了一些顆粒，並設法對其進行加熱和冷卻，從而使其表現得像永動機一樣。
在量子尺度上突破物理定律極限的方法可能有助於我們更好地理解現有的宇宙。
這項研究發表在《科學報告》上。
本文譯自 sciencealert，由譯者 majer 基於創作共用協議(BY-NC)發布。