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大学Giulio Chiribella教授合作，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。相关研究发表在《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，但微观世界中控制物体运动的物理定律并没有刻意区分时间的方向。具体而言，经典力学和量子力学的基本运动方程都是可逆的，改变动力学过程时间坐标系的方向(可能同时改变其他一些参数的方向)仍然构成一个有效的演化过程，这就是所谓的时间反演对称性。时间反演在量子信息科学中引起了人们的极大兴趣，因为它可以应用于多时间量子态、封闭类时曲线的模拟以及未知量子演化的反演。然而，时间反演在实验上很难实现。

针对这一问题，团队将时间反演拓展到量子器件的输入输出反演，在光子装置中构建了一类量子演化过程。当交换量子器件的输入输出端口时，演化结果满足初始演化的时间反演性质，从而得到量子演化的时间反演模拟器。在此基础上，团队进一步量化演化时间方向，实现量子演化与逆演化的相干叠加，并利用量子见证技术对结构进行表征。

相比于确定演化时间方向的场景，时间方向的量化在量子信道识别中表现出了明显的优势。在本次研究中，研究人员利用该装置区分两组量子信道的成功率高达99.6%，而在资源消耗相同的情况下，确定时间方向策略的最大成功率仅为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。