2 entanglované fotony (ilustrace). Kredit: Mariola Grobelska/Unsplash.

V klasickém vesmíru obecné relativity plyne čas pouze jedním směrem. V kvantovém světě, kde je to se zákony klasické fyziky na pováženou, by ale možná šlo manipulovat i se směrem vývoje v čase. Taková možnost by mohla otevřít nové cesty ke zpracování informací, zejména v kvantových počítačích. A jak se zdá, nemáme tak daleko.

Korejští fyzici nedávno představili qubit, jehož procesy lze obrátit z hlediska směru vývoje kvantových procesů v čase. Je pozoruhodnou ironií, že se při tom museli vrátit do minulosti, tedy nikoliv fyzicky. Tai Hyun Yoon z Korea University rozpracoval teorii, která v doposud nerecenzované studii popisuje jednofotonový časový qubit iniciovaným kvantovým vakuem (quantum vacuum-seeded single-photon time qubit). Současně se přiznal, že tenhle jev vlastně úplně nevědomky předvedl v experimentu, který se svými kolegy provedl už v roce 2018 za zcela jiným účelem.

Tai Hyun Yoon. Kredit: T. H. Yoon.

Koncept časového qubitu je poměrně nový. Zveřejnil ho fyzik Yakov Bloch z Tel Aviv University v listopadu 2025. Nejde ovšem o qubit, který by skutečně, hmatatelně cestoval zpět v čase. Jak vysvětluje Bloch, jedná se o kvantový systém, který se může vyvíjet současně ve dvou opačných časových směrech. Je to jako hodiny, jejichž ručičky se mohou současně otáčet po směru i proti směru hodinových ručiček. Nejde o obrácení samotného plynutí času, nýbrž o možnost manipulovat se směrem, kterým se odvíjí kvantový proces.

Bloch původně navrhl, že by tento koncept bylo možné experimentálně ověřit rozdělením dráhy kvantové částice na dvě větve, podél nichž by působila opačně orientovaná magnetická pole. Po opětovném spojení obou drah by interferenční obrazec mohl odhalit, jak spolu oba protichůdné směry kvantového vývoje souvisejí. Yoon se ale vydal jinou cestou. Místo magnetických polí, která by obracela vývoj rotující částice, využil světlo.

Yoonův přístup využívá dva zdroje generující provázané páry fotonů. Jeden foton z každého páru nese jednofotonový qubit. Tato metoda se označuje jako interferometrie s provázanými nelineárními zdroji dvou fotonů (ENBS, entangled nonlinear biphoton source). Směr konkrétní kvantové interakce lze řídit změnou fáze světla, které se používá k vytváření fotonů. Posunutí fáze o polovinu cyklu kvantovou interakci obrátí. Neznamená to, že by čas začal plynout pozpátku. Obrátí se pouze matematický proces, který danou interakci popisuje.

V kvantové mechanice řídí časový vývoj systému Hamiltonián. Je to matematický operátor (něco jako super-funkce), který v sobě nese kompletní informaci o energii systému a říká, jak se tento systém bude měnit v čase, z jednoho okamžiku do druhého. Když dojde k obrácení znaménka Hamiltoniánu, systém se vyvíjí tak, jako by čas běžel opačným směrem a ke změnám dochází v obráceném pořadí.

Logo. Kredit: Korea University.

Yoonova metoda neobrací celý Hamiltonián, ale pouze jeho část, která řídí sledovanou interakci. Tím získává dva protichůdné směry kvantového vývoje, což odpovídá představě kvantových hodin, jejichž ručičky se mohou otáčet oběma směry.

Samotná existence dvou protichůdných směrů ale k vytvoření časového qubitu nestačí. Je zapotřebí ještě něco navíc, kvantová superpozice, v níž oba směry existují současně.

Právě zde hraje důležitou roli společný laserový zdroj světla. Pokud oba krystaly generující fotony osvětluje tentýž koherentní laserový zdroj, pak mohou oba protichůdné směry kvantového vývoje navzájem interferovat. Výsledkem je jednofotonový qubit, který nekóduje pouze dvě různé dráhy, ale také dva opačné směry kvantového vývoje.

Díky pozoruhodné souhře okolností Yoon nemusel dělat nový experiment. Místo toho se vrátil k měřením z dřívějších experimentů, včetně pokusu z roku 2018, který uskutečnil se svými kolegy. Tehdejší experimenty prokázaly závislost sledovaného chování na fázi světla i interferenci. Opětovnou analýzou již získaných dat Yoon prokázal, že tehdejší experiment lze interpretovat jako realizaci jednofotonového časového qubitu. Lze to brát jako důkaz proveditelnosti, který říká, že by stálo za to věnovat časovým qubitům samostatný experimentální výzkum.

Video: Single-photon time qubit: Quantum-vacuum control and complementarity of the arrow of time

Literatura

Science Alert 25. 10. 2026.

arXiv:2610.27639