我國學者嚴格確認量子力學中復數的必要性

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近日，中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽、張強等與濟南量子技術研究院等單位的科研人員合作，在國際上首次關閉定域性、測量獨立性以及糾纏源獨立性等漏洞，利用類空間隔的糾纏交換光量子網絡對實數形式的量子力學進行了檢驗，以超過5.3個標準差的實驗精度驗證了實數無法完整地描述標準量子力學，嚴格確認了量子力學中復數的必要性。相關研究成果發表在國際著名學術期刊《物理評論快報》上。由于該工作廣泛的興趣，美國物理學會專門在APS News欄目撰文報道。

量子物理是否確實需要復數的參與，一直是一個長期的基礎性問題。2022年初，潘建偉團隊利用可實驗驗證的、類似貝爾不等式的定量判據，率先完成了排除了實數形式描述標準量子力學的第一個實驗檢驗[Phys. Rev. Lett. 128, 040403 (2022)]。該工作利用的是同一個超導量子芯片上的四個量子比特，距離上無法滿足類空間隔的要求，因而存在定域、測量獨立性、糾纏源獨立性等問題。

圖1: 示意圖

為了更嚴格地檢驗復數的客觀存在性，潘建偉團隊在類空間隔糾纏交換光量子網絡（圖一）的基礎上，利用網絡中的兩個獨立源各自獨立產生糾纏光子對，分發給遠處的三個參與者進行高速隨機的光子測量操作。實驗過程中，參與者不受其他參與者的測量選擇和結果影響，各自獨立地進行本地的隨機操作。實驗結果以5.3個標準差超過了實數形式的量子力學預測結果，嚴格驗證了量子力學中復數的不可或缺。

該論文的第一作者為吳典、江揚帆和顧雪梅。該研究得到了自然科學基金委、中科院、科技部、教育部、安徽省、山東省等的支持。

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