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(lián)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(lián)英雄只能以“黑“和“白”陰陽兩隔的形式出現(xiàn)，生死相望。

想想都森氣，滅霸必須死，不接受別的結(jié)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(zhuǎn)時間線。

最近國外媒體的一則爆炸性新聞發(fā)現(xiàn)，除了并不真實存在的時間寶石，量子計算機也能逆轉(zhuǎn)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(zhuǎn)時間之輪么？我們先來聊聊這篇論文到底說了些什么？

逆轉(zhuǎn)時間：量子計算機的新能力？

如果你發(fā)現(xiàn)一盤被打散的臺球在沒有任何外部干預情況下自動回到了三角框里，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，不舍晝夜”。后來的物理學也證明，宇宙的終極規(guī)則是“熵”，如果不施加外力，所有的事物都會從有序走向無序?？傊?，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(shù)研究所、美國阿貢實驗室和蘇黎世聯(lián)邦理工學院的研究人員在《科學報告》（Scientific Reports）上發(fā)表的一篇論文，聲稱可以利用IBM的量子計算機逆轉(zhuǎn)“時間之箭”，就迅速吸引了國外媒體爭相報道，其中不乏一些老牌的科學媒體，比如《發(fā)現(xiàn)》（Discover）。

在經(jīng)典物理學中，粒子散射就如同前面提到的打臺球一樣，被球桿擊打的臺球會以直線行進，要將其恢復到本來的狀態(tài)，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(chǎn)生的環(huán)狀波紋。因此，要將粒子恢復到原始狀態(tài)，就需要一個“超級系統(tǒng)”，來提供外力發(fā)現(xiàn)并正確操縱量子波。

（實驗的四個階段）

為了更清晰地了解整個研究，我們來復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(qū)域，讓每個量子位元如同三角框中的臺球一樣，以高度有序的狀態(tài)待在固定區(qū)域內(nèi)；

階段2：演進。啟動量子計算機的進化程序，量子位元如同被球桿推動的臺球，開始向更大的區(qū)域擴散，變得混亂而復雜。

階段3：時間逆轉(zhuǎn)。這時，通過一個設(shè)計精確的特殊程序，量子計算機就可以誘導時間“向后”逆轉(zhuǎn)，從混沌走向有序。就像出現(xiàn)一位大神，給臺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(tài)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?？紤]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(jié)論并不困難：在科學上實現(xiàn)時空旅行的幾率是相當高的。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(zhuǎn)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(tǒng)中，局部違反熱力學第二定律被證明是可能的，難怪領(lǐng)導這項研究的資深科學家瓦萊里·維諾庫(ValeriiVinokur)認為：“我們做了以前認為不可能的事情?！?/p>

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?shù)馁Y金”。

別說了我會相信的！恐怕很多人都難以抵御這樣的神話，如果時間能夠倒流，多少遺憾都不會發(fā)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(zhuǎn)時間之箭”的成果發(fā)表出來的時候，很容易就從科學新發(fā)現(xiàn)推到謠言的邊緣。

之所以這么說，是因為研究者們隱藏了很多關(guān)鍵信息，只把最吸引眼球的部分曝露給大眾。

關(guān)鍵信息1：實驗的局限性。

不難發(fā)現(xiàn)，實驗是在一個非常小的局部區(qū)域內(nèi)進行觀察和演算的。這意味著，想要將實驗結(jié)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(xiàn)實情況是，宇宙始終受到“熵”的影響，不斷向著混亂的方向發(fā)展。含有電子的空間區(qū)域會很快擴散，“薛定諤的貓”會從盒子里跑掉，人們根本不可能知道電子的精確位置，逆轉(zhuǎn)時間也就無從談起。

（經(jīng)過130多億年的膨脹，宇宙變得越來越無序）

關(guān)鍵信息2：觀察的可能性。

之所以研究者必須要將實驗局限在特定范圍內(nèi)，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(huán)境相互作用，類似逆轉(zhuǎn)的情況也偶有發(fā)生，如同臺球碰到桌沿反彈回原位一樣。但為什么我們從來沒有發(fā)現(xiàn)過“時間逆轉(zhuǎn)”的現(xiàn)象呢？

因為在宇宙中觀察電子復位這種偶發(fā)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，然后憂傷地發(fā)現(xiàn)粒子的反向演變可能只會發(fā)生一次，并且只是回到不足一百億分之一秒的過去。

放到更大規(guī)模和更長時間尺度的事物上，比如臺球運動、火山噴發(fā)什么的，往往有著驚人數(shù)量的電子和其他粒子。去思考逆轉(zhuǎn)它們，就像給猴子一臺打印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(xiàn)的，盡管這么做毫無意義。

（臺球中一次擊球的長時間曝光攝影）

關(guān)鍵信息3：結(jié)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，目前的量子計算機算法還不足以支撐如此龐大的行為藝術(shù)。

該實驗采用的算法模型，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，隨著更復雜的設(shè)備涉及，算法的錯誤率會下降，并且會不斷消除噪音來更新算法。

那么問題來了，同樣的模擬過程在現(xiàn)有的電腦上也能夠?qū)崿F(xiàn)，只需要把時間向相反的方向模擬就可以了?，F(xiàn)在只是把設(shè)備換成IBM的量子計算機，等于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?！?/p>

“標題黨”的背后

盡管“逆轉(zhuǎn)時間”的大肆炒作，距離謠言也不遠了，但這項實驗也并非一無是處。

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(xiàn)出了技術(shù)背后的無盡可能性。并且，通過時間實驗來有效地返回并清除錯誤，能夠大大降低量子計算機的故障率，提高它的工作效率，為后續(xù)的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用鋪平道路。

同時，它也展現(xiàn)出今天量子計算發(fā)展進程中的某些尷尬。

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(lǐng)域發(fā)力。IBM、谷歌、百度、阿里巴巴等國際頂尖的科技企業(yè)也都在加大量子計算機的研發(fā)和商用力度。

在這樣“自上而下”的技術(shù)風潮中，量子計算被曲解成了一種神秘的未來武器。

大眾很容易認為并且相信，量子計算機能夠完成經(jīng)典計算機所不能完成的任務(wù)，這也是為什么，“時間逆轉(zhuǎn)”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(shù)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(yīng)用的真實限制：

首先，現(xiàn)有的硬件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(jīng)典計算機，首先要達到50量子比特的水平。目前的最新進展是，IBM已經(jīng)開發(fā)出了50量子比特的量子計算原型機，Google也推出了72量子比特的計算芯片。

但這并不意味著量子計算機可以立馬完成很多經(jīng)典計算機做不到的工作。因為量子比特數(shù)量的增加并不是硬件能力的唯一要素，還必須增加相干性才行。

簡單來說就是，量子比特是以串列的形式進行運動的，只要計算機對一個量子比特進行處理，影響就會立即傳送到其他的量子比特上。量子相關(guān)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(zhàn)。

另外，工程上編寫量子算法的經(jīng)驗和思維尚不完備。

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

這是因為，算法的不同，決定了量子計算機和傳統(tǒng)計算機的編程方式也大不一樣。

舉個例子，我們?yōu)橐活w晶體拍了一些X射線照片，并試圖通過這些照片恢復出晶體的結(jié)構(gòu)。

如果是傳統(tǒng)的計算機算法，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(jīng)過復雜的樣本計算，但歸根結(jié)底，它的邏輯還是符合人類的認知常識。

但量子算法卻非常反直覺。它不需要看到整張照片，針對幾個包含關(guān)鍵信息的樣本點進行并行運算并將結(jié)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(xiàn)有開發(fā)人員所掌握的傳統(tǒng)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算法，可不就只能“殺雞用牛刀”了嘛。

（受X射線晶體學啟發(fā)產(chǎn)生了多項式運行時間的量子算法）

從目前的大環(huán)境看來，量子計算機更擅長的，是發(fā)揮指數(shù)加速運算的優(yōu)勢，解決經(jīng)典計算機無法處理的數(shù)學問題。

比如對飛機路線或鐵路網(wǎng)絡(luò)進行優(yōu)化升級，可能產(chǎn)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(jīng)典計算機可能需要漫長的時間才能完成，而一臺100量子比特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(fā)等領(lǐng)域，即便不能逆轉(zhuǎn)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，要么脫離實際效率不高，要么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(xiàn)在，想要靠逆轉(zhuǎn)時間拯救全宇宙，恐怕還是得依靠漫威英雄的“超能力”了！

生成海報

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