时间朝着一个方向前进：小男孩会变老，但老人不会再变年轻；茶杯会碎，但不会自发地重新组合。宇宙的这种残酷而不可改变的性质，被称为“时间之箭”，从根本上说是热力学第二定律的结果。该定律指出，随着时间的推移，系统总是会变得更加混乱。
去年发表在《科学报告》杂志上的一项新研究中，研究人员用一台非常小的量子计算机操纵时间之箭。这台计算机由两个被称为量子位的量子粒子组成，可以进行计算。
在亚原子尺度上，量子力学的奇怪规则占据主导地位，物理学家通过一个称为波函数的数学结构来描述系统的状态。这个函数是系统可能处于的所有可能状态的表达式，以及系统在任何给定时间处于这些状态的概率。一般来说，随着时间的推移，波函数会扩散。消除波函数的传播就像把泼出的牛奶倒回瓶子里，但这正是研究人员在这项新实验中所完成的。
研究人员使用量子计算机模拟单个粒子，其波函数随时间扩散，就像池塘里的涟漪。然后，他们在量子计算机中编写了一种算法，它可以逆转波函数中每一个单独成分的时间演化，本质上就是把波纹拉回到产生它的粒子中。他们完成了这个壮举，没有增加熵，也没有增加宇宙其他地方的无序，似乎是在挑战时间之箭。
这是否意味着研究人员制造了一台时间机器？他们违反物理定律了吗？这两个问题的答案都是否定的。热力学第二定律说，宇宙会随着时间的流逝而变得无序，但绝不能在非常特殊的情况下永远保持不变。这个实验足够小，足够短，足够可控，宇宙既没有获得也没有失去能量。
研究人员说：“一旦波被创造出来，将它们送回池塘是非常复杂的，但我们看到，在一个非常简单的情况下，这在量子世界中是可能的。”换句话说，使用量子计算机赋予他们的控制来撤销时间的影响是可能的。
然而，当引入第三个量子位时，实验成功的机率只有50%。研究人员说，系统的复杂性在第三个量子位上可能增加了太多，使得量子计算机更难保持对系统所有方面的控制。没有这种控制，熵就无法得到控制，因此时间反转也就不完美。
这项研究对物理学的基础做出了很好的贡献，它提醒我们，并不是所有的量子计算应用都必须是面向应用的。这证明了量子计算机可以让我们模拟不应该在现实世界中发生的事情。
