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科技日報記者王延斌

10月9日，科技日報記者從濟南量子技術(shù)研究院了解到，該院張強、江揚帆與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士團隊合作，在國際上首次在關(guān)閉定域性、測量獨立性以及糾纏源獨立性等漏洞基礎(chǔ)上，利用糾纏交換光量子網(wǎng)絡(luò)對實數(shù)形式的量子力學(xué)進行了檢驗，以超過5.3個標(biāo)準(zhǔn)差的實驗精度驗證了量子力學(xué)中復(fù)數(shù)的必要性。相關(guān)研究成果發(fā)表在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《物理學(xué)評論快報》上。

示意圖。濟南量子技術(shù)研究院供圖

數(shù)學(xué)中負(fù)數(shù)的平方根即是虛數(shù)，它和實數(shù)構(gòu)成復(fù)數(shù)的概念。該研究院專家向記者介紹，虛數(shù)一詞由著名數(shù)學(xué)家笛卡爾創(chuàng)立，虛數(shù)的引入使得數(shù)學(xué)在處理復(fù)雜物理咨詢題時成為一種強大的工具。奧地利理論物理學(xué)家、量子力學(xué)奠基人之一薛定諤將虛數(shù)引入波動方程，用來描述粒子的量子行為。雖然波函數(shù)是復(fù)數(shù)形式，但粒子浮現(xiàn)的概率是實數(shù)，那么量子物理是否真的需要復(fù)數(shù)的參與呢？薛定諤本人大概傾向于虛數(shù)不過一種數(shù)學(xué)處理方法。包括薛定諤在內(nèi)的一些物理學(xué)家們試圖將量子理論實數(shù)化。但是，物理是一門實驗學(xué)科，任何推測均需要實驗結(jié)果支撐。

2021年，西班牙、奧地利和瑞士等國家組成的研究團隊構(gòu)建出了能夠?qū)嶒烌炞C的、定量的類似貝爾不等式的判據(jù)，可直截了當(dāng)驗證量子力學(xué)是否必須使用復(fù)數(shù)，即復(fù)數(shù)是否是客觀存在的。隨后已有相關(guān)工作進行了實驗演示，排除了只用實數(shù)形式描述標(biāo)準(zhǔn)量子力學(xué)的可能性。但是，這些工作沒有嚴(yán)格滿足理論設(shè)計要求，仍存在一些關(guān)鍵性漏洞，比如定域性、測量獨立性、糾纏源獨立性等咨詢題，從而妨礙實驗結(jié)果的有效性。

為了更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)貦z驗復(fù)數(shù)的客觀存在性，濟南量子技術(shù)研究院與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合作的研究團隊嚴(yán)格遵守定域條件，在五節(jié)點糾纏交換光量子網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，利用網(wǎng)絡(luò)中的相互獨立的兩個糾纏源（S1和S2）產(chǎn)生獨立糾纏光子對，分別分發(fā)至遠處的三個參與者（Alice、Bob和Claire）進行高速隨機的光子測量操作。

上述實驗過程中，參與者不受其他參與者的測量選擇和結(jié)果妨礙，各自獨立地進行本地的隨機操作。統(tǒng)計Alice、Bob和Claire的三方關(guān)聯(lián)事情，那么由“實量子理論”預(yù)測的結(jié)果存在一個上限，超過上限即表明量子力學(xué)必須使用復(fù)數(shù)。該實驗結(jié)果以5.3個標(biāo)準(zhǔn)差的精度超過了實數(shù)形式的量子力學(xué)預(yù)測結(jié)果，成功驗證了復(fù)數(shù)不僅是一個計算工具，在量子力學(xué)中具有不可或缺的物理意義。

來源：中國科技網(wǎng)