研究团队在光子系统中构建了两个相反方向的量子演化的相干叠加态，并证实了其在表征输入输出不确定性方面的优势。该研究发表在《物理评论快报》上。

时间从过去流向未来，这一观念在人们的观念中根深蒂固，然而微观世界里支配物体运动的物理定律，并没有刻意区分时间的方向。

具体来说，经典力学和量子力学的基本运动方程都是可逆的，改变动态过程的时间坐标系的方向(可能还改变一些其他参数的方向)仍然构成有效的演化过程。

这被称为时间反演对称性。在量子信息科学中，时间反演因其在多时间量子态、封闭类时曲线模拟和未知量子演化反演中的应用而引起了人们的极大兴趣。然而，时间反演很难在实验上实现。

针对这一难题，中国科学院中国科学技术大学郭光灿院士、李传锋教授和刘必恒教授团队与香港大学Giulio Chiribella教授合作，通过将时间反演延伸至量子器件的输入输出反转，在光子装置中构筑了一类量子演化过程。

当交换量子器件的输入输出端口时，得到的演化满足初始演化的时间反转特性，从而得到量子演化的时间反转模拟器。

在此基础上，研究团队进一步量化了演化时间方向，实现了量子演化与其逆演化的相干叠加，并利用量子见证技术对结构进行了表征。

相比于确定演化时间方向的场景，时间方向的量化在量子通道识别中表现出明显的优势。

本研究中，研究人员利用该装置区分两组量子通道的成功概率达到99.6%，而在资源消耗相同的情况下，确定性时间方向策略的最大成功概率仅为89%。

该研究揭示了输入输出不确定性作为量子信息和光子量子技术进步的宝贵资源的潜力。