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中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽、朱曉波等和西班牙塞維利亞大學(xué)Cabello教授合作，利用超高精度超導(dǎo)量子線路實現(xiàn)確定性糾纏交換，以超過43個標(biāo)準(zhǔn)差的實驗精度證明了實數(shù)無法完整描述標(biāo)準(zhǔn)量子力學(xué)，確立了復(fù)數(shù)的客觀實在性。相關(guān)研究成果近日以“編輯推薦”的形式發(fā)表在《物理學(xué)評論快報》上。美國物理學(xué)會Physics網(wǎng)站和《自然》雜志分別邀請國際專家撰寫了相關(guān)Viewpoint和News & Views評論文章。

物理學(xué)家使用數(shù)學(xué)來描述自然規(guī)律。在經(jīng)典物理學(xué)中，人們只用實數(shù)就可以寫出所有定律，而復(fù)數(shù)僅僅作為一個方便的計算工具被主觀引入。隨著量子力學(xué)誕生，復(fù)數(shù)逐漸表現(xiàn)出某種直覺上的不可排除性：理論上，作為量子力學(xué)基石的薛定諤方程和海森堡對易關(guān)系其本身就是依賴于復(fù)數(shù)寫出的；實驗上，人們直接測量到了波函數(shù)的實部與虛部。這說明復(fù)數(shù)可能不是一個主觀引入的計算符號，而是可以實驗檢測的物理實在。

圖：實驗結(jié)果

量子物理是否確實必須使用復(fù)數(shù)，是一個長期的基礎(chǔ)性問題。近期，奧地利、西班牙和瑞士等國家組成的科學(xué)家團(tuán)隊提出一種利用確定性糾纏交換驗證復(fù)數(shù)必要性的貝爾不等式類型的檢驗方法。遵守實數(shù)形式量子物理的參與者不能獲得標(biāo)準(zhǔn)量子理論中允許的界限，從而排除以實數(shù)形式描述標(biāo)準(zhǔn)量子力學(xué)的可能性。潘建偉團(tuán)隊基于自主設(shè)計研發(fā)的超導(dǎo)量子線路和高精度量子操控技術(shù)，在世界上首次完成了該實驗。在這個理論框架下，實數(shù)形式的界限為7.66，而實驗測試結(jié)果為8.09，超過判據(jù)43個標(biāo)準(zhǔn)差。實驗結(jié)論支持量子物理需要使用復(fù)數(shù)。

該論文的第一作者為陳明城、王粲和劉豐銘。該研究得到了自然科學(xué)基金委、中科院、科技部、教育部、安徽省等的支持。

文章鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.040403

美國物理學(xué)會APS網(wǎng)站報道：https://physics.aps.org/articles/v15/7

《自然》相關(guān)評述文章：https://www.nature.com/articles/d41586-021-03678-x

ScienceNews報道：https://www.sciencenews.org/article/quantum-physics-imaginary-numbers-math-reality

（合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心、中科院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院、科研部）