能復活超級英雄的除了時間寶石，還有量子計算機？

四月最值得期待的新片，絕對非《復仇者聯盟4》莫屬了。

打個響指就消滅了全宇宙一半人的滅霸，上一部虐的善男信女們死去活來。在最新的海報中，32位復聯英雄只能以“黑“和“白”陰陽兩隔的形式出現，生死相望。

想想都森氣，滅霸必須死，不接受別的結局，否則編劇就等著收刀片吧!

但在此之外，被滅霸搞消失的超級英雄和人類還能回來嗎?最有可能性的方案就是通過某種超能力或者道具逆轉時間線。

最近國外媒體的一則爆炸性新聞發現，除了並不真實存在的時間寶石，量子計算機也能逆轉時間，雖然只是幾分之一秒，但也足夠令人興奮了。

到底是“標題黨”還是確有其事?人類真的能逆轉時間之輪麼?我們先來聊聊這篇論文到底說了些什麼?

逆轉時間：量子計算機的新能力?

如果你發現一盤被打散的檯球在沒有任何外部干預情況下自動回到了三角框裡，一定會覺得是有人用倒放欺騙了你的眼睛。

畢竟連幾千年前的古人都知道“逝者如斯夫，不捨晝夜”。後來的物理學也證明，宇宙的終極規則是“熵”，如果不施加外力，所有的事物都會從有序走向無序。總之，時間倒流是違反熱力學第二定律的。

因此，最近莫斯科物理與技術研究所、美國阿貢實驗室和蘇黎世聯邦理工學院的研究人員在《科學報告》(Scientific Reports)上發表的一篇論文，聲稱可以利用IBM的量子計算機逆轉“時間之箭”，就迅速吸引了國外媒體爭相報導，其中不乏一些老牌的科學媒體，比如《發現》(Discover)。

在經典物理學中，粒子散射就如同前面提到的打檯球一樣，被球杆擊打的檯球會以直線行進，要將其恢復到本來的狀態，就如同把破碎的茶杯重新組合在一起，顯然是不可能的。

但在量子世界中，分散的例子會像多個方向擴散，它的行進方向，是一個如同把石頭扔進池塘時產生的環狀波紋。因此，要將粒子恢復到原始狀態，就需要一個“超級系統”，來提供外力發現並正確操縱量子波。

(實驗的四個階段)

為了更清晰地瞭解整個研究，我們來複盤一下實驗的四個不同階段：

階段1：秩序。研究者勾勒出了一個小區域，讓每個量子位元如同三角框中的檯球一樣，以高度有序的狀態待在固定區域內;

階段2：演進。啟動量子計算機的進化程式，量子位元如同被球杆推動的檯球，開始向更大的區域擴散，變得混亂而複雜。

階段3：時間逆轉。這時，通過一個設計精確的特殊程式，量子計算機就可以誘導時間“向後”逆轉，從混沌走向有序。就像出現一位大神，給檯球桌施加了完美計算的一記踢腳。

階段4：重生。如果“踢”成功了，階段2的反向操作就開始啟動，量子位元會沿著行進軌跡折返回去，最終復位成初始狀態的“三角形”。

研究人員在雙量子位量子計算機中，得到了85%的相同成果。考慮到量子力學是由概率而不是確定性決定的，或許得出這個結論並不困難：在科學上實現時空旅行的機率是相當高的。這直接顛覆了人們的既有認知。

但事實果真如此嗎?

別急著歡呼：時間逆轉是不可能的，這輩子都不可能的

在一個分離成遙遠部分的量子系統中，區域性違反熱力學第二定律被證明是可能的，難怪領導這項研究的資深科學家瓦萊裡·維諾庫(ValeriiVinokur)認為：“我們做了以前認為不可能的事情。”

在被記者問到，這項研究能不能“讓老年人重新年輕”時，維諾庫也玩笑式地肯定，“也許(可以)”，只要“有了適當的資金”。

別說了我會相信的!恐怕很多人都難以抵禦這樣的神話，如果時間能夠倒流，多少遺憾都不會發生，多少傳奇人生會被改寫?最起碼年輕幾歲多享受下人生也很值得期待不是嘛?

But，原本很有趣的實驗被包裝成“逆轉時間之箭”的成果發表出來的時候，很容易就從科學新發現推到謠言的邊緣。

之所以這麼說，是因為研究者們隱藏了很多關鍵資訊，只把最吸引眼球的部分曝露給大眾。

關鍵資訊1：實驗的侷限性。

不難發現，實驗是在一個非常小的區域性區域內進行觀察和演算的。這意味著，想要將實驗結果推導到真實的宇宙中，研究者需要精準地知道粒子在太空中的位置。

但現實情況是，宇宙始終受到“熵”的影響，不斷向著混亂的方向發展。含有電子的空間區域會很快擴散，“薛定諤的貓”會從盒子裡跑掉，人們根本不可能知道電子的精確位置，逆轉時間也就無從談起。

(經過130多億年的膨脹，宇宙變得越來越無序)

關鍵資訊2：觀察的可能性。

之所以研究者必須要將實驗侷限在特定範圍內，是因為要在自然界中定位粒子實在是太困難了。

其實，在非實驗條件下，粒子也會和環境相互作用，類似逆轉的情況也偶有發生，如同檯球碰到桌沿反彈回原位一樣。但為什麼我們從來沒有發現過“時間逆轉”的現象呢?

因為在宇宙中觀察電子復位這種偶發事件，基本不可能。一個人需要花費和宇宙生命一樣漫長的時間(137億年)來定位電子的位置，然後憂傷地發現粒子的反向演變可能只會發生一次，並且只是回到不足一百億分之一秒的過去。

放到更大規模和更長時間尺度的事物上，比如檯球運動、火山噴發什麼的，往往有著驚人數量的電子和其他粒子。去思考逆轉它們，就像給猴子一臺印表機教它寫出一本莎士比亞詩歌，理論上講只要時間足夠長，總是有可能實現的，儘管這麼做毫無意義。

(檯球中一次擊球的長時間曝光攝影)

關鍵資訊3：結果的可用性。

當然了，夢想是要有的。但即使是在非常理想的情況下，花費漫長的時間在宇宙中定位到了想要讓時間倒流的事物，目前的量子計算機演算法還不足以支撐如此龐大的行為藝術。

該實驗採用的演算法模型，當量子位元增加到第三個的時候，就只剩50%的成功率了。研究人員解釋說，隨著更復雜的裝置涉及，演算法的錯誤率會下降，並且會不斷消除噪音來更新演算法。

那麼問題來了，同樣的模擬過程在現有的電腦上也能夠實現，只需要把時間向相反的方向模擬就可以了。現在只是把裝置換成IBM的量子計算機，等於告訴大家普通的人類小男孩套上鋼鐵俠的裝備就能打敗滅霸……我信你個鬼，你個論文壞得很!

果然很快就有國外的量子科學家直接打臉，公開批評該研究“不是時間機器，也沒有違反任何物理定律。”

“標題黨”的背後

儘管“逆轉時間”的大肆炒作，距離謠言也不遠了，但這項實驗也並非一無是處。

至少，它讓量子計算以一種奇趣的方式走進了大眾視野，展現出了技術背後的無盡可能性。並且，通過時間實驗來有效地返回並清除錯誤，能夠大大降低量子計算機的故障率，提高它的工作效率，為後續的產業應用鋪平道路。

同時，它也展現出今天量子計算髮展程式中的某些尷尬。

如今幾乎所有有實力的國家，包括美國、中國、日本等，以國防、軍工為代表的頂級科研力量都開始在量子計算領域發力。IBM、谷歌、百度、阿里巴巴等國際頂尖的科技企業也都在加大量子計算機的研發和商用力度。

在這樣“自上而下”的技術風潮中，量子計算被曲解成了一種神祕的未來武器。

大眾很容易認為並且相信，量子計算機能夠完成經典計算機所不能完成的任務，這也是為什麼，“時間逆轉”這樣的“標題黨”居然能夠忽悠到一些老牌科技媒體的背書。

為了避免輿論的過度“捧殺”而太快進入“技術幻滅期”的冷宮，我們不妨通過這起“裝逼失敗”的案例，來說說量子計算應用的真實限制：

首先，現有的硬體距離實用水平還有很長一段路要走。

量子計算機想要取代經典計算機，首先要達到50量子位元的水平。目前的最新進展是，IBM已經開發出了50量子位元的量子計算原型機，Google也推出了72量子位元的計算晶片。

但這並不意味著量子計算機可以立馬完成很多經典計算機做不到的工作。因為量子位元數量的增加並不是硬體能力的唯一要素，還必須增加相干性才行。

簡單來說就是，量子位元是以串列的形式進行運動的，只要計算機對一個量子位元進行處理，影響就會立即傳送到其他的量子位元上。量子相關性越大，量子計算機的運算效率才會越高。但如何提升相干性，目前依然面臨不小的挑戰。

另外，工程上編寫量子演算法的經驗和思維尚不完備。

從“時間逆轉”實驗中不難看出，研究人員最終是將傳統計算機的邏輯和方式，架設在量子計算機的硬體能力之上，用來解決傳統計算機解決過的問題。換句話說，量子計算機在其中發揮的作用，只是提供更大規模的算力和“噱頭”罷了。

這是因為，演算法的不同，決定了量子計算機和傳統計算機的程式設計方式也大不一樣。

舉個例子，我們為一顆晶體拍了一些X射線照片，並試圖通過這些照片恢復出晶體的結構。

如果是傳統的計算機演算法，那就是對著這個晶體的整體圖案進行因式分解。當然中間需要經過複雜的樣本計算，但歸根結底，它的邏輯還是符合人類的認知常識。

但量子演算法卻非常反直覺。它不需要看到整張照片，針對幾個包含關鍵資訊的樣本點進行並行運算並將結果組合起來，就能還原出整個晶體的形狀。

要搞量子計算，意味著現有開發人員所掌握的傳統計算機技能幾乎是完全用不上的。編寫不出合理的量子計算機演算法，可不就只能“殺雞用牛刀”了嘛。

(受X射線晶體學啟發產生了多項式執行時間的量子演算法)

從目前的大環境看來，量子計算機更擅長的，是發揮指數加速運算的優勢，解決經典計算機無法處理的數學問題。

比如對飛機路線或鐵路網路進行優化升級，可能產生2的n次方種可能性，研究人員需要嘗試每一種可能性找到最佳解決方案。經典計算機可能需要漫長的時間才能完成，而一臺100量子位元的量子計算機能夠通過一次操作就搞定它。

這種強大的能力如果廣泛運用到材料科學或藥品研發等領域，即便不能逆轉時間，也足以讓時間帶來的損耗最小化，讓人類的遺憾來的更晚、更少一點。

相反地，那些總想搞事情的大新聞，要麼脫離實際效率不高，要麼老瓶裝新酒的過度包裝，反而可能加深大眾對量子計算不切實際地想象。

或許在遙遠的某一天，人類真的可以開啟時光機器。至少現在，想要靠逆轉時間拯救全宇宙，恐怕還是得依靠漫威英雄的“超能力”了!

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